Un grupo liderado por Henry Snaith, un físico de la Universidad de Oxford (Reino Unido) y líder en las investigaciones sobre la perovskita, ha demostrado lo que afirma que es un camino viable hacia un dispositivo que combina una célula convencional de silicio con una célula de perovskita para impulsar la eficiencia de las células de silicio por varios puntos de porcentaje (ver Añadir perovskita a una célula solar aumenta su rendimiento hasta un 50%).
Las perovskitas, que han captado el interés de los investigadores solares y los expertos en políticas energéticas por su rendimiento que mejora a gran ritmo y su bajo coste, se distinguen por una estructura química que da pie a unas propiedades electrónicas únicas que las hacen atractivas para las tecnologías solares. Snaith y sus compañeros dicen que la nueva composición que han creado supera un obstáculo fundamental para el diseño de un dispositivo altamente eficiente que combine las características de absorción de luz del silicio con las del material de perovskita.
Los investigadores dicen que el resultado sugiere que debería ser posible hacer un dispositivo tándem de silicio-perovskita que tenga una eficiencia más de un 25% superior al rendimiento de las células de silicio comercialmente disponibles en la actualidad, que tienen una eficiencia de entre el 17% y el 20%. Las mediciones se realizaron en un ento o de laboratorio, pero el enfoque podría ser empleado para lograr unas eficiencias significativamente más altas que los mejores paneles de silicio del mercado.
Los dispositivos tándem de alto rendimiento hechos de semiconductores distintos a las perovskitas ya han logrado unas eficiencias en el laboratorio de más del 40%, pero son extremadamente caros porque requieren unos procesos técnicamente complejos de fabricación. Hacer células solares con perovskita resulta mucho más sencillo y barato, y el proceso podría ser integrado dentro de las líneas existentes de fabricación de paneles de silicio al añadir un par de pasos adicionales. Muchos expertos creen que la aplicación a corto plazo más realista para las perovskitas será un dispositivo tándem con el silicio.
Varios grupos han demostrado dispositivos tándem funcionales hechos con una célula de silicio y otra célula de perovskita, pero las eficiencias se han visto limitadas porque la gama del espectro solar absorbida por la perovskita no complementaba completamente la gama que absorbe el silicio. Los esfuerzos por ajustar la gama de luz que absorbe la perovskita dieron paso a unas inestabilidades dentro de la estructura del material que comprometieron su rendimiento. Snaith y sus compañeros elaboraron un método, que depende de la sustitución de determinados iones del material por iones de cesio, para lograr las propiedades fotovoltaicas deseadas sin desestabilizar la estructural del material.
Los investigadores sólo han demostrado la nueva composición a pequeña escala, y queda mucho trabajo antes de poder verla dentro de unos paneles comercialmente disponibles. Pero una empresa que cofundó Snaith, Oxford PV, también se centra en desarrollar dispositivos tándem de silicio-perovskita.
Chris Case, el director de Tecnología de Oxford PV, dice que los resultados reflejan la rapidez con la que los investigadores están abordando los retos inherentes a la fabricación de unas células tándem fiables y de alto rendimiento. Case rehúsa revelar los detalles específicos de la tecnología de su empresa, pero afirma que Oxford PV está cerca de demostrar dispositivos a tamaño real que tienen una eficiencia del 23% y que pronto podrían alcanzar el 25%. Casi dice que no es poco realista pensar que se pueda alcanzar una eficiencia del 28% o incluso del 30% dentro de unos pocos años.
Las tecnologías basadas en la perovskita aún se enfrentan a muchos retos, debido a la sensibilidad del material a la humedad y al aire, y quedan preguntas sin responder aún sobre si se puede conseguir hacer que las células de perovskita sean lo suficientemente resistentes para aguantar los largos ciclos de vida que requieren los sistemas energéticos. Aun así, Case dice que Oxford PV está bien encaminada para lanzar un producto comercial – dirigido a los fabricantes de paneles de silicio que quieran mejorar la eficiencia de sus productos – en 2017.