Las células solares flexibles y ultraligeras establecen un nuevo récord de eficiencia en 23.64%
Una imagen de sección transversal de una célula solar en tándem Perovskitecigs tomada con un microscopio electrónico. Crédito: Kier
El Instituto de Investigación de Energía de Corea ha desarrollado con éxito las células solares en tándem de Perovskita/CIGS en tándem de ultraligeras y cigskita y cigscos de peso ultra ligero y ha logrado una eficiencia de conversión de energía del 23,64%, que es la mayor eficiencia del mundo de las células solares en tándem de perovskita/cigs flexibles informadas hasta la fecha. Las células solares desarrolladas por el equipo de investigación son extremadamente livianos y se pueden unir a superficies curvas, lo que las convierte en un candidato prometedor para futuras aplicaciones en edificios, vehículos, aviones y más.
Las células solares de un solo unión cristalina a base de silicio se usan predominantemente en la generación de energía solar debido a su bajo costo de producción y su idoneidad para la fabricación de masas. Sin embargo, a medida que la eficiencia de las células solares de un solo unión se acerca a su límite teórico, las células solares en tándem, que combinan silicio con células solares de perovskita para mejorar la eficiencia, están ganando una atención cada vez mayor.
Actualmente, las células solares en tándem de perovskita/silicio han logrado eficiencias de hasta 34.6%. Sin embargo, su pesado peso y susceptibilidad al daño físico limitan su aplicación en los campos donde la ligereza y la adaptabilidad son críticos, como en automóviles, aviones y satélites.
Para superar estas limitaciones, se están desarrollando células solares en tándem de perovskita de película delgada flexible. Las células solares de película delgada basadas en CIGS son extremadamente livianas y flexibles, lo que las hace muy adecuadas para su uso en superficies curvas como edificios, vehículos y aviones. Sin embargo, su menor eficiencia y mayor complejidad de fabricación en comparación con las células solares en tándem de perovskita/silicio han planteado barreras para la comercialización.
Para mejorar la capacidad de fabricación, la flexibilidad y la ligereza de las células solares en tándem, el equipo de investigación de Kier desarrolló un proceso de despegue simple e identificó los mecanismos subyacentes detrás de la mejora del rendimiento. Como resultado, la célula solar de perovskita/cigarrillo fabricada logró una eficiencia de conversión de potencia del 23.64%, lo que representa la eficiencia más alta registrada entre las células solares en tándem de perovskita/cigs flexibles informadas hasta la fecha. Los hallazgos se publican en la revista Joule.
El proceso de despegue desarrollado por el equipo de investigación implica recubrir una capa de poliimida en un sustrato de vidrio, fabricando la célula solar en tándem de perovskita/cigs en la parte superior y luego separándola del vidrio. A diferencia de los métodos convencionales que utilizan la película de poliimida flexible directamente como sustrato, este enfoque utiliza el vidrio rígido como base de soporte, lo que permite una fabricación más estable de las células solares. El uso de un sustrato de vidrio plano y rígido también garantiza una deposición de capa uniforme, lo que lleva a un mejor rendimiento del dispositivo y una mayor reproducibilidad.
Resumen gráfico. Crédito: Joule (2024). Doi: 10.1016/j.joule.2024.11.011
El equipo de investigación también identificó un método para mejorar el rendimiento al reducir los defectos en la célula solar. Durante el proceso de fabricación, los elementos metálicos alcalinos como el potasio se difunden del sustrato de vidrio en la capa de absorción de luz CIGS. La difusión excesiva de potasio puede crear defectos dentro de la capa absorbente que obstaculizan el transporte de carga, degradando en última instancia el rendimiento de las células solares. Sin embargo, hasta ahora, no se ha informado tecnología que suprima de manera efectiva la difusión de potasio a un nivel óptimo.
Utilizando la ciencia computacional, el equipo de investigación predijo que la capa de poliimida recubierta en el sustrato de vidrio podría suprimir la difusión del potasio. Cuando se aplica al proceso de fabricación de células solares, este enfoque redujo efectivamente los defectos en la capa de absorción de luz CIGS. Como resultado, el dispositivo fabricado logró una eficiencia de conversión de potencia del 23.64%, excediendo significativamente el registro anterior del 18.1% para las células solares de perovskita/cigs flexibles en tándem.
Además, para verificar la durabilidad de las células solares CIGS fabricadas, el equipo de investigación midió las propiedades mecánicas de los materiales y analizó el estrés aplicado durante la flexión a través de simulaciones. Después de realizar 100,000 ciclos de flexión, las células solares mantuvieron el 97.7% de su eficiencia inicial, lo que demuestra una excelente durabilidad.
El Dr. Inyoung Jeong, quien dirigió el estudio, declaró: “Esta investigación es un logro clave que demuestra el potencial comercial de la tecnología de células solares de alta eficiencia de próxima generación con flexibilidad y ligereza. Sirve como un hito importante para realizar células solares ultraligeras y flexibles con un 30% de eficiencia en el futuro”.
El Dr. Kihwan Kim, investigador principal del estudio, declaró: “La relación potencia/peso de la célula solar fabricada es aproximadamente 10 veces más alta que la de las células solares de perovskita/silicio en tándem, lo que lo hace muy prometedora para aplicaciones en campos que requieren módulos solares ultraligeros, como los exteriores de los edificios, vehículos y aeroespacios”.
Agregó: “Al avanzar en los procesos de fabricación de gran área y mejorar la estabilidad, nuestro objetivo es fortalecer la competitividad de las industrias relacionadas y contribuir significativamente a la expansión de la adopción de energía renovable”.
Más información: Inyoung Jeong et al, perovskita/Cu (in, GA) Celdas solares en tándem SE2, Joule (2024). Doi: 10.1016/j.joule.2024.11.011
Información en la revista: Joule proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: las células solares flexibles y ultraligrantes establecen un nuevo récord de eficiencia en 23.64% (2025, 9 de abril) recuperado el 9 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-ultralight-flexible-solar-eficience.html
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