Nanotechnology Now - Comunicado de prensa: Las eficientes células de perovskita con una capa antirreflectante estructurada: otro paso hacia la comercialización a mayor escala

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Visualización de la textura alveolar fabricada para la célula solar de perovskita (fuente: Maciej Krajewski, Facultad de Física de la Universidad de Varsovia). La investigación del equipo de científicos fue valorada al ser presentada en la portada de la revista “Advanced Materials and Interfaces” CRÉDITO
Maciej Krajewski, Facultad de Física de la Universidad de Varsovia

Abstracto:
Las células solares basadas en perovskita, ampliamente consideradas como sucesoras de las células de silicio actualmente dominantes, debido a su proceso de producción simple y rentable combinado con su excelente rendimiento, son ahora objeto de una investigación en profundidad. Un equipo de científicos del Instituto Fraunhofer de Energía Solar ISE y de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia presentaron células fotovoltaicas de perovskita con propiedades optoelectrónicas significativamente mejoradas en la revista Advanced Materials and Interfaces. Reducir las pérdidas ópticas en las células de próxima generación, como se muestra en el artículo, es uno de los desafíos clave para su implementación más amplia.

Las eficientes células de perovskita con una capa estructurada antirreflectante: otro paso hacia la comercialización a mayor escala

Varsovia, Polonia | Publicado el 6 de octubre de 2023

La energía fotovoltaica ha experimentado un desarrollo significativo en los últimos 20 años, considerando tanto la eficiencia de los paneles como la capacidad instalada, que ha aumentado en todo el mundo nada menos que 1000 veces desde el año 2000. El silicio ha sido el material más utilizado para producir paneles fotovoltaicos, pero actualmente las células basados en este elemento se están acercando a sus límites de eficiencia física. Por lo tanto, los científicos están explorando activamente soluciones innovadoras destinadas a mejorar la eficiencia de las células y, al mismo tiempo, permitir una producción más barata y respetuosa con el medio ambiente.

Las celdas basadas en perovskita cumplen ambos criterios y ofrecen una eficiencia superior al 26 %, facilidad y rentabilidad en la producción utilizando métodos químicos bien establecidos. Actualmente, numerosos institutos de investigación de todo el mundo trabajan para mejorar su eficiencia y resistencia a las condiciones atmosféricas. Uno de los desafíos a los que se enfrentan es la integración de células de perovskita con células de silicio y, al mismo tiempo, reducir las pérdidas por reflexión y absorción parásita. Para minimizar estas pérdidas, las celdas de silicio generalmente se graban con agentes químicos altamente corrosivos, un proceso que crea un patrón piramidal microscópico en la superficie, reduciendo efectivamente el reflejo de todo el dispositivo, aumentando así la corriente generada por el dispositivo. Desgraciadamente, las perovskitas son sensibles a muchas sustancias químicas, por lo que hasta ahora se han utilizado recubrimientos antirreflectantes planos menos eficaces, aplicados mediante pulverización catódica menos invasiva.

En una investigación publicada en Advanced Materials and Interfaces, los científicos utilizaron el método de nanoimpresión para crear una estructura antirreflectante eficiente con simetría similar a un panal sobre la célula solar de perovskita. Esta técnica permite producir estructuras a escala nanométrica en superficies muy grandes, superiores a los 100 cm². "Este enfoque garantiza la escalabilidad en el proceso de producción de dispositivos de gran superficie, lo cual es crucial en el contexto de la necesidad urgente de transformar la energía hacia fuentes de energía renovables", dice Msc Maciej Krajewski, investigador de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia. Estas muestras modificadas demuestran una mayor eficiencia en comparación con las células que utilizan capas antirreflectantes planas empleadas anteriormente.

Además de mejorar la eficiencia, otro hallazgo importante del trabajo publicado es que el procedimiento de aplicación de esta capa no daña la perovskita, lo que abre la posibilidad de utilizar otras estructuras adaptadas a las arquitecturas celulares específicas. Hasta ahora, los científicos aplicaban estructuras antirreflectantes similares como capas preparadas por separado, que se transfirieron en otro proceso tecnológico, inevitablemente de pequeña escala y susceptible de dañar la capa activa. Al emplear el método de nanoimpresión directa, es posible fabricar todo el dispositivo a gran escala y en un único proceso tecnológico, lo cual es crucial para reducir los costos generales del dispositivo.

Además, el método aplicado es compatible con una configuración en tándem, es decir, combinando células de silicio y perovskita, lo que abre posibilidades completamente nuevas para su aplicación. En consecuencia, existe la posibilidad de transferir directamente el procedimiento a arquitecturas fotovoltaicas emergentes, lo que podría conducir a mayores mejoras en la eficiencia. Los resultados publicados allanan el camino para nuevos dispositivos fotovoltaicos con excelentes propiedades optoelectrónicas, que utilizan técnicas de nanoimpresión en su producción.

El experimento y el modelado se llevaron a cabo en Fraunhofer ISE en Friburgo, con la participación del investigador Msc. Maciej Krajewski de la Universidad de Varsovia. La financiación para la investigación fue proporcionada por: Fraunhofer Gesellschaft (proyecto MEEt dentro del programa ICON), el Instituto de Física Experimental de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, la Universidad de Varsovia, la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, la Fundación de la Universidad de Varsovia, así como de la Programa Erasmus+ y Deutsche Bundesstiftung Umwelt.

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Acerca de la Universidad de Varsovia, Facultad de Física
La Física y la Astronomía de la Universidad de Varsovia aparecieron en 1816 como parte de la entonces Facultad de Filosofía. En 1825 se creó el Observatorio Astronómico. Actualmente, la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia consta de los siguientes institutos: Física Experimental, Física Teórica, Geofísica, el Departamento de Métodos Matemáticos y el Observatorio Astronómico. La investigación cubre casi todos los campos de la física moderna, en escalas que van desde la cuántica hasta la cosmológica. El personal docente e investigador de la Facultad está formado por más de 250 profesores académicos. En la Facultad de Física de la Universidad de Washington estudian alrededor de 1,100 estudiantes y más de 170 estudiantes de doctorado. La Universidad de Varsovia se encuentra entre las 75 mejores universidades del mundo que imparten educación en el campo de la física según el Ranking Global de Materias Académicas de Shanghai.

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