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Las células solares, que representan una industria de $ 30 mil millones por año, se han mejorado en un treinta por ciento, según Michael McGehee, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y coautor del artículo del equipo de investigación.
Esto se logró colocando células en capas junto con una combinación única de elementos, y el equipo de CU Boulder espera que allane el camino para un futuro más brillante para la energía solar.

Células solares de perovskita / silicio. Imagen utilizada por cortesía de Dennis Schroeder / NREL.

Capas de perovskita sobre silicio

Durante varios años, las células solares de silicio han sido el estándar en la industria de la energía solar. Sin embargo, las células solares actuales basadas en silicio solo son capaces de convertir entre el 18% y el 21% de la energía del sol en electricidad útil en promedio, y alcanzan un máximo de alrededor del 26,6%.
En un intento por hacer que las células solares sean más eficientes, el equipo de investigación tomó una célula solar de perovskita, una estructura cristalina que recolecta fotones de mayor energía, y la colocó encima de una de estas células solares de silicio, que capturan fotones en la parte infrarroja del espectro de luz Combinadas, las células solares de perovskita y silicio alcanzan una eficiencia del 27%. Esto representa un aumento de un tercio de la eficiencia de una celda de silicio del 21%.

Impacto en la eficiencia del panel solar
Aunque esto puede parecer un aumento marginal, en realidad representa una mejora dramática. Cuando las células solares se aplican sobre una gran superficie, por ejemplo en un panel solar, pierden unos pocos "puntos porcentuales" de potencial de conversión. Por lo tanto, la eficiencia promedio de los paneles solares es inferior al máximo real. Esto significa que se deben instalar más paneles solares para lograr niveles más altos de eficiencia, y esto se traduce en un costo general más alto.
Sin embargo, al colocar una célula solar de perovskita encima de una de silicio, la eficiencia general se mejora dramáticamente sin tener que instalar tantos paneles para obtener una cantidad comparable de energía.


Michael, McGehee, el investigador principal del equipo CU Boulder que desarrolló una célula solar de bajo costo que aumenta dramáticamente la eficiencia de los paneles solares. Imagen utilizada por cortesía de CU Boulder.

Una solución más económica

Esta no es la primera vez que los investigadores han mejorado la eficiencia al colocar capas de células solares. Las células solares en tándem o de unión múltiple se desarrollaron en la década de 1970 y pueden alcanzar niveles de eficiencia de casi el 50%. Desafortunadamente, estos son muy, muy caros, a menudo vienen con etiquetas de precios de hasta $ 80,000 / m2, debido a la forma en que se fabrican.
Al adoptar un enfoque diferente, el equipo de investigación de CU Boulder ha logrado crear sus células a un costo más de 100 veces menor. Esta "fórmula secreta", como lo expresó McGehee, se debe al uso de una aleación única de triple haluro de cloro, bromo y yodo.

Consideraciones para un creciente mercado de energía solar

En las células solares, hay una banda prohibida ideal [el espacio entre los niveles de energía] y el bromo se puede usar para aumentar esto. Sin embargo, cuando se usa con yodo y se expone a la luz, estos elementos tienden a no permanecer en su lugar. Y aunque estudios previos han tratado de usar cloro y yodo juntos, no se ha podido ajustar suficiente cloro en la estructura cristalina de la perovskita debido a los diferentes tamaños de partículas de los elementos.
Sin embargo, al usar diferentes cantidades de bromo, cloro y yodo, el equipo de CU Boulder ha logrado reducir la estructura cristalina, permitiendo que entre más cloro, estabilizando y mejorando la eficiencia de la célula solar.
Con el mercado de energía solar creciendo alrededor del 30% por año, la eficiencia, el costo y la longevidad son consideraciones importantes para las cuales las nuevas tecnologías se convertirán en la corriente principal. McGehee es optimista sobre el potencial de la célula solar de perovskita de banda ancha del equipo, que exhibió un cambio mínimo en la eficiencia después de 1,000 horas de pruebas intensivas de luz y calor.