Rompiendo récords: Científicos coreanos logran 21.68% de eficiencia en celdas solares transparentes
El Instituto Coreano de Investigación Energética ha avanzado significativamente en la tecnología de células solares de perovskita semitransparentes, logrando una eficiencia líder en el mundo del 21,68% y demostrando una durabilidad excepcional. Este avance, destinado a mejorar la aplicación de células solares en ventanas y configuraciones en tándem, aborda desafíos clave para lograr la neutralidad de carbono para 2050. A través de una investigación innovadora, el equipo ha mejorado la estabilidad y eficiencia de estas células, haciendo una contribución sustancial al campo de la energía solar. energía. Crédito: Instituto Coreano de Investigación Energética
El Departamento de Investigación Fotovoltaica del Instituto Coreano de Investigación Energética, en colaboración con el Laboratorio de Ciencias Computacionales y Inteligencia Artificial de KIER Energy, ha logrado avances en la mejora de la durabilidad y el rendimiento de las células solares de perovskita semitransparentes. Estas células son prometedoras para aplicaciones en ventanas de construcción y en el desarrollo de células solares en tándem.
Las células solares semitransparentes alcanzaron una eficiencia récord del 21,68%, lo que las convierte en las más eficientes entre las células solares de perovskita que utilizan electrodos transparentes en el mundo. Además, mostraron una durabilidad notable, manteniéndose más del 99 % de su eficiencia inicial después de 240 horas de funcionamiento.
Para alcanzar la neutralidad de carbono para 2050, la clave radica en lograr una “eficiencia ultraalta” y “diversificar las áreas de aplicación” de la tecnología de células solares de próxima generación, superando las limitaciones en los espacios de instalación y la superficie terrestre nacional. Esto requiere tecnologías eficientes y multifuncionales, como células solares en tándem y células solares para ventanas. En ambas tecnologías se requieren células solares de perovskita semitransparentes altamente eficientes y estables.
Para la fabricación de células solares de perovskita semitransparentes, es necesario sustituir los electrodos metálicos de las células solares opacas convencionales por electrodos transparentes que dejen pasar la luz. Durante este proceso, se generan partículas de alta energía, lo que lleva a la degradación del rendimiento de la capa de transporte de huecos.
Célula solar de perovskita, célula solar de perovskita semitransparente, célula solar en tándem de perovskita-si desde la izquierda. Crédito: Instituto Coreano de Investigación Energética
Para evitar esto, es común depositar una capa de óxido metálico que actúa como amortiguador entre la capa de transporte de orificios y la capa de electrodo transparente. Sin embargo, en comparación con las células solares opacas producidas en las mismas condiciones, las propiedades de transporte de carga y la estabilidad de los dispositivos semitransparentes se reducen y no se han aclarado las causas exactas ni las soluciones.
Los investigadores utilizaron análisis electroópticos y ciencia computacional a nivel atómico para identificar las causas de la reducción de las propiedades de transporte de carga y la estabilidad que ocurren durante la fabricación de células solares de perovskita semitransparentes. A través de esto, descubrieron que los iones de litio (Li), agregados para aumentar la conductividad eléctrica de la capa de transporte de huecos, se difunden en la capa de óxido metálico que sirve como amortiguador, lo que finalmente cambia la estructura electrónica de la capa amortiguadora de óxido metálico para que se degrade. sus características.
Además, más allá de identificar la causa, los investigadores resolvieron el problema optimizando el tiempo de oxidación de la capa de transporte de huecos. Descubrieron que la conversión de iones de litio en óxido de litio estable (LixOy) mediante oxidación optimizada mitiga la difusión de iones de litio, mejorando así la estabilidad del dispositivo. Este descubrimiento revela que el óxido de litio, anteriormente considerado un subproducto de reacción simple, puede desempeñar un papel crucial en la mejora de la eficiencia y la estabilidad.
Ahn SeJin, Ahn Seung-kyu, Yim Kanghoon desde la izquierda y Naqvi Syed Dildar Haider en el círculo. Crédito: Instituto Coreano de Investigación Energética
El proceso desarrollado dio como resultado células solares de perovskita semitransparentes con una impresionante eficiencia del 21,68%, la más alta entre todas las células solares de perovskita con electrodos transparentes. Además, esta investigación demostró una retención impresionante de más del 99 % de su eficiencia inicial durante 400 horas en almacenamiento oscuro y durante más de 240 horas en condiciones operativas de iluminación continua, lo que demuestra su excelente eficiencia y estabilidad.
El equipo de investigación fue más allá y aplicó las células solares desarrolladas como la célula superior de las células solares en tándem, creando las primeras células solares en tándem bifaciales del país que utilizan la luz reflejada desde la parte trasera, así como la incidente desde la superficie frontal. En colaboración con Jusung Engineering Co., Ltd. y el Centro de Investigación Alemán Jülich, las células solares bifaciales en tándem lograron altas eficiencias equivalentes bifaciales del 31,5 % para configuraciones de cuatro terminales y del 26,4 % para configuraciones de dos terminales en condiciones en las que la luz reflejada del La parte trasera recibía el 20% de la luz solar estándar.
