Investigación en energía renovable | Avances en celdas solares: tecnología de perovskita/silicio alcanza 40% de eficiencia

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Un equipo de la Universidad Politécnica de Hong Kong logró un avance significativo en celdas solares de perovskita/silicio, buscando alcanzar un 40% de eficiencia. La investigación aborda desafíos de estabilidad y escalabilidad.

La tecnología de celdas solares de tercera generación avanza rápidamente. Un equipo de investigación de ingeniería de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) logró un avance significativo en el campo de las celdas solares en tándem de perovskita/silicio (TSC), enfocándose en abordar desafíos que incluyen la mejora de la eficiencia, la estabilidad y la escalabilidad.

El equipo realizó un análisis exhaustivo del rendimiento de las TSC y proporcionó recomendaciones estratégicas, que buscan aumentar la eficiencia de conversión de energía de este nuevo tipo de celda solar del actual máximo de aproximadamente 34% a cerca del 40%.

El equipo espera acelerar la comercialización de las TSC de perovskita/silicio a través de la colaboración entre la industria y la academia, alineándose con el plan estratégico nacional de alcanzar el pico de carbono y la neutralidad, y promoviendo el desarrollo de tecnologías innovadoras como la inteligencia artificial mediante la energía renovable.

El equipo de investigación está compuesto por académicos destacados, incluyendo al Prof. Li Gang, Profesor Titular de Tecnología de Conversión de Energía y Profesor Endowed de Energía Renovable, y al Prof. Yang Guang, Profesor Asistente, ambos del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la PolyU.

Realizaron una revisión crítica de los desafíos y las perspectivas futuras de las TSC de perovskita/silicio titulada "Hacia celdas solares en tándem de perovskita/silicio eficientes, escalables y estables", que fue publicada en la revista Nature Photonics.

Tackling stability and manufacturing challenges

"Si bien los dispositivos a escala de laboratorio han mostrado avances impresionantes en eficiencia, se necesitan más esfuerzos para mejorar su fiabilidad, incluyendo la minimización de pérdidas de eficiencia de dispositivos de pequeña área a módulos de gran área", afirmó el Prof. Gang. "También se debe prestar especial atención a garantizar que la fabricabilidad de los materiales y métodos se alinee con los estándares industriales".

Para abordar estos problemas, el Prof. Guang y el equipo destacaron varios desafíos técnicos críticos. Primero, la inestabilidad intrínseca de los materiales de perovskita bajo tensiones ambientales como la humedad, el oxígeno, la luz ultravioleta y las fluctuaciones térmicas sigue siendo un desafío importante. Segundo, la traducción de dispositivos en tándem a módulos comerciales requiere superar obstáculos relacionados con la uniformidad, el control de defectos y la fabricación de gran área.

Aunque se han realizado pruebas preliminares al aire libre de las TSC de perovskita/silicio, los datos certificados sobre su fiabilidad a largo plazo siguen siendo escasos. Para evaluar mejor la vida útil real y el potencial comercial de estas celdas, los investigadores recomiendan pruebas de estabilidad aceleradas rigurosas basadas en procedimientos estandarizados delineados por la Comisión Electrotécnica Internacional.

Además, aunque los materiales en bruto de perovskita son relativamente de bajo costo, el uso de elementos raros y plomo pesado en la mayoría de los diseños de celdas plantea preocupaciones ambientales y regulatorias significativas. Por lo tanto, la investigación aboga por el desarrollo de alternativas sostenibles, junto con estrategias de reciclaje eficientes o de secuestro de plomo para permitir una comercialización viable.

Promoting industry-academia-research collaboration

El equipo de la PolyU aboga por la colaboración entre la industria, la academia y la investigación a través de un enfoque multidisciplinario que integra la ciencia de materiales, la ingeniería de dispositivos y la modelización económica para avanzar en esta prometedora tecnología fotovoltaica. "El desarrollo de TSC de perovskita/silicio eficientes y fiables debe abordar estos desafíos científicos restantes para lograr costos de electricidad nivelados más bajos", afirmó el Prof. Guang.

"El equipo espera que esta investigación facilite la transición de la tecnología de estudios de laboratorio a fabricación comercial, mientras se alinea estrechamente con el plan estratégico nacional de pico de carbono y neutralidad. Al proporcionar un suministro estable de energía renovable de alta eficiencia, buscamos ofrecer un apoyo energético verde y fiable para industrias de alto consumo energético como la inteligencia artificial, ayudando así a lograr una transformación de bajo carbono de la estructura energética".

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