Los combustibles fósiles no pueden vencer a las nuevas células solares de perovskita-silicio

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Las células solares de perovskita de menor costo y mayor rendimiento finalmente están comenzando a salir del laboratorio, consolidando aún más al Sol en su posición como la fuente más económica, accesible y abundante de nuevos kilovatios para la red global, independientemente de lo que el presidente estadounidense Donald Trump tenga que decir al respecto. Algunas células solares de perovskita ya están listas para el mercado, incluso mientras los investigadores continúan delineando caminos para seguir mejorando.

El largo camino hacia las células solares de perovskita

LimpiezaTécnica ha estado siguiendo la historia de la perovskita durante aproximadamente una docena de años (aquí hay un ejemplo temprano), mientras equipos de investigación de todo el mundo han trabajado para transformar el delicado y frágil material en células solares de próxima generación y de alto rendimiento que cuestan menos que sus contrapartes convencionales.

En los últimos años, la atención se ha desplazado hacia un formato tándem, en el que la perovskita se recubre con silicio. La capa de perovskita es relativamente barata y fácil de fabricar en grandes volúmenes, lo que reduce el coste total de la célula solar y aumenta su capacidad para convertir la luz solar en electricidad.

En cuanto a cuánta conversión solar es posible con una célula solar de perovskita en tándem, es una buena pregunta. Una fórmula de la década de 1960 llamada límite de Shockley-Queisser establece la eficiencia de conversión para una célula solar de unión única en 33,7%. En 2023, la empresa líder china LONGi superó esa cifra, informando una eficiencia de conversión récord de 33,9% para una célula solar en tándem de perovskita-silicio.

El 43% es el límite (teórico) de las células solares de perovskita

Eso fue sólo para empezar. A principios de este año, LONGi informó una eficiencia de conversión del 34,85%otro récord que situó a la empresa a tiro de piedra del límite teórico del 43% de la fórmula tándem.

Ampliar esas células solares de próxima generación a partir de muestras de laboratorio y lanzarlas al mercado es una tarea de siguiente nivel. Sin embargo, los investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong se encuentran entre los que anticipan aplicaciones comerciales que superarán el rango del 30%.

En su nuevo estudio, “Hacia eficiente, escalable y estable Células solares en tándem de perovskita/silicio.” (publicado en la revista Fotónica de la naturaleza), el equipo de PolyU tomó nota del potencial de mejora. “A pesar de los recientes valores de eficiencia de conversión de energía cercanos al 35%, los TSC de perovskita/silicio todavía exhiben un déficit de eficiencia considerable en relación con su límite superior teórico”, escribieron.

“También se deben abordar los desafíos científicos y tecnológicos relacionados con la estabilidad operativa y la escalabilidad a largo plazo para que esta tecnología se comercialice”, agregaron.

“El equipo ha realizado un análisis exhaustivo de TSC [tandem solar cell] desempeño y brindó recomendaciones estratégicas, que apuntan a aumentar la eficiencia de conversión de energía de este nuevo tipo de célula solar desde el máximo actual de aproximadamente el 34% a alrededor del 40%”, explicó PolyU en un comunicado de prensa.

El profesor Li Gang de PolyU, catedrático de Tecnología de Conversión de Energía de la escuela, también llamó la atención sobre la brecha entre los resultados de laboratorio y las aplicaciones del mundo real. “Si bien los dispositivos a escala de laboratorio han demostrado un impresionante avance en eficiencia, se necesitan mayores esfuerzos para mejorar su confiabilidad, incluida la minimización de las pérdidas de eficiencia desde dispositivos de área pequeña a módulos de área grande”, explicó Gang.

Gang también subrayó el papel clave de los sistemas de fabricación. “También se debe prestar especial atención a garantizar que la capacidad de fabricación de materiales y métodos se alinee con los estándares industriales”, dijo Gang.

Llegar a la línea de meta

Los investigadores de PolyU recomiendan abordar los desafíos actuales en la estabilidad de la perovskita y los procesos de fabricación, además de adoptar un régimen de pruebas acelerado descrito por la Comisión Electroquímica Internacional.

También indicaron que la cadena de suministro sigue presentando un problema de sostenibilidad. “Además, si bien las materias primas de perovskita tienen un costo relativamente bajo, el uso de elementos raros y plomo, metal pesado en la mayoría de los diseños de células plantea importantes preocupaciones medioambientales y regulatorias”, señala PolyU.

“Por lo tanto, la investigación aboga por el desarrollo de alternativas sostenibles, junto con un reciclaje eficiente o estrategias de secuestro de plomo para permitir una comercialización viable”, enfatiza la escuela.

Si bien esos cabos sueltos están atados, algunos fabricantes de energía solar ya están satisfechos de que la tecnología en tándem de perovskita y silicio supera al silicio por sí sola, incluso sin avanzar hacia el límite del 43%.

La startup estadounidense Tandem PV, por ejemplo, ha estado reuniendo fondos para comenzar la producción en masa de paneles solares con células solares tándem de perovskita y silicio. La compañía afirma que sus paneles tienen una eficiencia de conversión solar del 28%, lo que los hace “un 30% más potentes que el panel solar de silicio promedio”.

En una entrevista con la organización de noticias empresariales. Pulso 2.0 En agosto, el director ejecutivo de Tandem, Scott Wharton, también explicó cómo se produce el ahorro de costes. “Nuestros paneles generan más potencia a un precio similar por vatioreduciendo drásticamente el costo nivelado de la energía (LCOE) al reducir los gastos de tierra, mano de obra y equilibrio del sistema”, dijo.

“A diferencia de las centrales eléctricas tradicionales, que tardan años en construirse, los parques solares se pueden implementar en meses, alineándose con el rápido ritmo de crecimiento de la IA”, señaló también.

Células solares en tándem de perovskita-silicio: siga el dinero

En octubre de 2024, Tandem PV recibió una subvención de 5,2 millones de dólares del Departamento de Energía de EE. UU. para acelerar su camino hacia la fabricación en volumen. Si la subvención sobreviviera al corte de energía renovable de la administración Trump, sería una especie de milagro. Cuando la organización de noticias de negocios Pulso 2.0 entrevistó al director ejecutivo de Tandem, Scott Wharton, en agosto y hizo referencia la subvención del Departamento de Energíaaunque el resumen de la subvención publicado actualmente en usaspending.gov indica que solo una parte de los fondos se desembolsó en septiembre.

Mientras tanto, Tandem compensó con creces la diferencia en marzo de este año, cuando la empresa cerró 50 millones de dólares en financiación Serie A y deuda, destinada a la construcción de una fábrica a escala comercial. La actividad estuvo encabezada por la firma estadounidense Eclipse con una larga lista de participantes entre los que se encontraban Constellation Energy, Planetary Technologies, Uncorrelacionado Ventures y Trellis Climate, entre otros.

En julio, la Comisión de Energía de California también otorgó a Tandem PV una subvención de 4 millones de dólares para ayudar a acortar el cronograma de fabricación de la empresa. Los fondos de la CCA cubrirán pruebas y validaciones de durabilidad y eficiencia de conversión solar realizadas por terceros. “Con esta nueva subvención, Tandem PV se asociará con laboratorios independientes e instituciones técnicas para evaluar rigurosamente la calidad de sus paneles. rendimiento en condiciones del mundo realincluida su durabilidad a largo plazo, resiliencia ambiental y rendimiento energético”, explicó Tandem PV.

En cuanto a la política energética federal, el presidente estadounidense, Donald Trump, ha hecho todo lo posible para evitar la industria solar estadounidense de aumentar su huella en la red eléctrica del país, pero las semillas de su fracaso ya son evidentes a medida que los contribuyentes continúan clamando por más kilovatios, de manera más rápida y económica, de los que cualquier otro recurso energético nacional puede ofrecer.

Foto: Investigadores de Poly U en Hong Kong han presentado una hoja de ruta para introducir mayor rendimiento y menor costo células solares en tándem de perovskita-silicio al mercado (recortadas, cortesía de Poly U a través de Eurekalert).