Alto rendimiento en un área grande

De celda a módulo sin sacrificar el rendimiento: este es uno de los principales desafíos de la energía fotovoltaica de perovskita. Los científicos del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ahora han logrado producir módulos solares de perovskita con una mínima pérdida de escala. Para ello, combinaron conexiones láser en serie con un tratamiento al vacío de todas las capas de la célula solar. Alcanzaron una eficiencia del 18 por ciento en un área de cuatro centímetros cuadrados, un récord mundial para los módulos solares de perovskita procesados ​​al vacío.

En la energía fotovoltaica, los semiconductores de perovskita se consideran materiales particularmente prometedores debido a su disponibilidad de bajo costo, facilidad de producción y enorme potencial de rendimiento. Las células solares de perovskita han evolucionado de una manera única durante la última década. Las muestras producidas en el laboratorio ya alcanzan niveles de eficiencia superiores al 25 por ciento. La eficiencia es un indicador de la cantidad de energía luminosa irradiada que se convierte en electricidad. Ahora la tarea es dar el siguiente paso y trasladar la energía fotovoltaica de perovskita del laboratorio a la industria.

“El desafío clave es traducir los niveles de eficiencia alcanzados en áreas de unos pocos milímetros cuadrados en energía solar típica módulo varios cientos de centímetros cuadrados ”, dice el Dr. Tobias Abzieher, gerente de desarrollo de células solares de perovskita depositadas al vacío en el KIT del Light Technology Institute (LTI). Las células solares de perovskita son de película delgada células que se montan en módulos solares de gran superficie mediante las denominadas conexiones en serie monolíticas. Para ello, se introducen líneas de estructuración en la célula solar durante la deposición de cada capa individual que conecta las tiras resultantes de la célula solar en serie.

Deposición al vacío de capas de células solares.

Debido al aumento de escala, los módulos solares de perovskita han sufrido pérdidas de rendimiento significativas hasta ahora. Por un lado, las dificultades para depositar las capas individuales de células solares aumentan con su deposición. superficie; por otro lado, la conexión en serie crea las llamadas zonas muertas entre las tiras de células solares activas. Estas zonas son inútiles para la generación posterior de energía, pero son necesarias para la conexión en cadena. El equipo de KIT ahora ha logrado minimizar el impacto de estos dos mecanismos de pérdida aplicando un proceso de deposición de vapor a todas las capas de módulos solares en el vacío. “Las principales ventajas de la deposición al vacío para la producción de módulos solares eficientes son la buena capacidad de control del proceso, un número limitado de parámetros de proceso y, en particular, el hecho de que el mecanismo de deposición es independiente de la superficie a recubrir. Abzieher explica. Los científicos combinaron este proceso innovador con estructuras de alta precisión y conexiones en serie grabando líneas con un láser (conexión en serie monolítica). Por primera vez, se pudo fabricar un módulo solar de perovskita de gran superficie casi sin pérdidas de incrustaciones, un paso importante para trasladar esta tecnología del laboratorio a la industria.

Gracias a la combinación de tratamiento al vacío y Ablación laserLos investigadores de LTI lograron niveles de eficiencia tan altos como el 16.6 por ciento en un área de más de 50 centímetros cuadrados, e incluso el 18 por ciento en cuatro centímetros cuadrados, y Récord mundial con módulos solares de perovskita procesados ​​al vacío. Los investigadores presentaron sus resultados en la reunión de primavera de la Material Research Society (MRS) de este año. “A pesar de un aumento de más de 500 veces en el área de superficie del componente, casi no vimos pérdida de rendimiento”, explica David Ritzer de LTI, quien diseñó la junta láser de alta precisión. Con este enfoque, el equipo de KIT logró reducir las pérdidas de incrustaciones en los módulos solares de perovskita a niveles que se han logrado con tecnologías fotovoltaicas ya utilizadas en la industria, como el telururo de cadmio (CdTe) o el diselenuro de cobre e indio (CIGS).

Objetivo: niveles de eficiencia superiores al 20 por ciento para áreas más grandes

Los esfuerzos futuros de los científicos se centrarán en optimizar la pila real de capas de células solares, así como en reducir aún más el tamaño de las zonas muertas. “Si logramos utilizar todo el potencial de la tecnología, la producción perovskita Los módulos solares con una eficiencia muy superior al 20 por ciento, e incluso en superficies aún más grandes, son un objetivo alcanzable para el futuro cercano ”, dice el profesor Ulrich W. Paetzold, director del ‘Taskforce Perovskite Photovoltaics’ interinstitucional en KIT. La investigación en el departamento de “Energía fotovoltaica de próxima generación” del Instituto de Tecnologías de Microestructura (IMT) y en LTI KIT, dirigida por Ulrich W. Paetzold, está financiada por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania en CAPITANO, un proyecto conjunto dentro de PERCISTAND proyecto, que forma parte del Programa Marco Europeo de Investigación e Innovación Horizonte 2020.