A medida que el mundo busca fuentes de energía más limpias, las plantas de energía solar son cada vez más comunes. Sin embargo, su gran tamaño, impulsado por la eficiencia limitada de las células solares tradicionales (normalmente alrededor del 22%), plantea desafíos a medida que la tierra se vuelve cada vez más escasa. Los investigadores están explorando las células solares tándem, que apilan diferentes materiales que absorben la luz para aumentar la eficiencia, como una solución potencial. Los recientes avances en el Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE) en China han abordado un obstáculo clave en la creación de células solares tándem flexibles y de alta eficiencia, allanando el camino para la comercialización futura.
Para comenzar, el núcleo del artículo se centra en un avance significativo en la tecnología de células solares logrado por investigadores del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE). Específicamente, han desarrollado un nuevo método para unir diferentes capas en células solares tándem, lo que resulta en un nuevo récord de eficiencia. Este avance es particularmente importante porque abre la puerta a la posibilidad de células solares tándem de bajo costo y alto rendimiento que podrían comercializarse en el futuro, según un comunicado de prensa.
Considerando el contexto más amplio, el artículo destaca la creciente necesidad de soluciones de energía solar más eficientes. La creciente demanda mundial de energía requiere la construcción de más plantas de energía solar. Sin embargo, las limitaciones actuales de la eficiencia de las células solares plantean un desafío. Las células solares disponibles comercialmente actualmente tienen una eficiencia máxima de solo el 22 por ciento, lo que significa que casi el 80 por ciento de la luz recibida por las plantas de energía no se convierte en electricidad utilizable.
En consecuencia, los investigadores están explorando activamente nuevos enfoques para superar estas limitaciones, siendo las células solares tándem un área de enfoque prominente. Estas células, también conocidas como células solares multijunción, están diseñadas para superar las limitaciones de eficiencia de las células solares de una sola unión. El principio fundamental detrás de las células tándem implica apilar células solares con diferentes anchos de banda o capacidades de absorción de energía. Las células superiores suelen absorber luz de mayor energía, mientras que las células inferiores absorben luz de menor energía, aumentando así la eficiencia general de la célula.
Además, el artículo analiza los materiales específicos y los desafíos asociados con la construcción de estas células solares avanzadas. El seleniuro de galio, indio y cobre (CIGS) se destaca como un semiconductor conocido por su ancho de banda ajustable, lo que lo hace adecuado para construir células solares tándem comerciales. La investigación también aborda el deseo de aumentar la aplicabilidad de la tecnología de células solares haciéndolas flexibles, lo que permite su despliegue en superficies curvas.
Sin embargo, un obstáculo importante para combinar CIGS con una capa superior de perovskita para crear células solares flexibles tándem de alta eficiencia ha sido la dificultad para unir eficazmente las dos capas. La naturaleza rugosa de la capa CIGS ha presentado un desafío para lograr una conexión fuerte y confiable.
Para abordar este desafío, el equipo de investigación de NIMTE, dirigido por el profesor YE Jichun, ideó una solución inteligente. Emplearon un disolvente de alta polaridad para evitar la agrupación de la adsorción de la monocapa autoensamblada (SAM), separando eficazmente el proceso de la etapa de disolución. Después de esto, utilizaron un disolvente de baja polaridad para facilitar la formación de una capa densa de SAM durante el proceso de adsorción.
Además, para asegurar que la capa de perovskita se adhiriera eficazmente al sustrato, el equipo incorporó una capa de semilla premezclada. Esta capa de semilla mejoró significativamente la cristalinidad y la humectabilidad de la capa, contribuyendo a una estructura más robusta y estable.
El éxito de su enfoque se demostró a través de la fabricación de una célula solar tándem flexible de perovskita/CIGS monolítica, que medía aproximadamente 1,09 cm cuadrados. Esta célula logró una eficiencia estabilizada del 24,6 por ciento, un logro récord para las células solares flexibles.
Además de la impresionante eficiencia, los investigadores realizaron pruebas rigurosas para evaluar la estabilidad y durabilidad de la célula. La célula solar se operó durante más de 300 horas y se sometió a 3.000 ciclos de flexión a un radio de un cm. Sorprendentemente, al final del período de prueba, las células conservaron el 90 por ciento de su eficiencia inicial, lo que demuestra su robustez y longevidad.
En conclusión, los hallazgos de la investigación, publicados en la revista Nature Energy, ofrecen evidencia convincente de que las células solares tándem flexibles con una eficiencia de conversión de energía significativamente mayor se pueden desarrollar y producir a escala comercial en el futuro. Este avance representa un paso significativo en la búsqueda de tecnologías de energía solar más eficientes y versátiles.
Investigadores chinos superaron un obstáculo clave en la creación de células solares tándem flexibles y de alta eficiencia, desarrollando un nuevo método para unir eficazmente capas de CIGS y perovskita, logrando una eficiencia récord del 24,6% y demostrando una estabilidad impresionante. Este avance allana el camino para soluciones de energía solar más compactas y versátiles, con el potencial de revolucionar el despliegue de energías renovables y reducir el uso de suelo, un paso crucial hacia un futuro sostenible impulsado por la energía solar.
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