Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos! |
 |
Julian Steele (esquerra), científic de la KU Leuven i la Universitat de Queensland, i Eduardo Solano (dreta), científic de la línia NCD-SWEET.
Les cel·les solars de silici que es fan servir normalment per generar electricitat estan limitades en eficiència, és a dir en la quantitat de llum solar que arriba i es converteix en electricitat. Els rècords actuals d’eficiència més alta de cel·les solars exclusivament de silici se situen al voltant del 24,5% en el cas de cel·les comercials i del 27% en condicions de laboratori. Aquestes xifres són properes al màxim teòric d’eficiència del 29% per aquest tipus de cel·les, i s’ha avançat molt poc en augmentar aquesta xifra en els darrers anys. Grups de recerca de tot el món estan compromesos en millorar la seva eficiència i desenvolupar materials innovadors, com les perovskites d’halurs metàl·lics, com a possibles alternatives al silici.
Superar la barrera energètica crítica
Per superar aquesta limitació d’eficiència i reduir encara més els costos de l’electricitat solar, un equipo dels centres suïssos EPFL i CSEM ha estat explorant nous enfocaments i, finalment, ha demostrat, en l’article publicat a la revista Science, una eficiència del 31,25% a l’apilar cel·les de silici i perovskita en una estructura anomenada en tàndem. Aquesta fita marca el primer cop que una tecnologia de baix cost supera el llindar d’eficiència del 30%.
Les cel·les solars tàndem ofereixen un millor ús de l’energia solar a l’optimitzar cada subcel·la per capturar diferents parts de l’espectre de llum solar. Tot i això, una limitació típica de les cel·les tàndem de perovskita sobre silici són les pèrdues per recombinació que es produeixen en la interfase de la perovskita amb el contacte selectiu d’electrons. La recombinació es refereix a la pèrdua de portadors de càrrega abans que puguin recol·lectar-se i utilitzar-se per generar electricitat.
Per solucionar aquest problema, l’equip científic de EPFL i el CSEM va agafar una cel·la de silici comercial estàndard i van incorporar-hi un additiu en la seqüència de processament quan feien créixer el cristall de perovskita a la part superior de la cel·la. Aquest additiu va regular eficaçment el procés de cristal·lització de perovskita i va passivar la seva interfase superior. La passivació química és recobrir un material per tal que sigui “passiu”, o sigui menys afectat per l’ambient. En aquest cas implica adaptar l’estructura i la química de les interfases i superfícies per a minimitzar la pèrdua d’energia i així poder emprar de manera eficient el màxim d’energia generada.
Una llum brillant per a un futur energètic més brillant
Per analitzar en profunditat l’impacte de l’additiu en el procés de cristal·lització de perovskita, s’han realitzat anàlisis amb la tècnica de dispersió de raigs X de gran angle d’incidència rasant (GIWAXS) al Sincrotró ALBA. "La tècnica de GIWAXS proporciona informació detallada sobre l’estructura cristal·logràfica, l’orientació i les transicions de fase dins el material", explica Eduardo Solano, científic de línia de llum d’ALBA. En concret, Solano dona suport als grups de recerca que venen a ALBA per usar aquesta tècnica amb la llum de sincrotró a NCD-SWEET, una línia de llum flexible i dinàmica que pot proporcionar gran varietat d’entorns de mostra per fer experiments in situ.
"Aquesta configuració modular ens permet veure tot el procés de cristal·lització de la perovskita mentre passa en temps real, en condicions de cristal·lització controlades", explica Julian Steele, un dels autors de l’article de Science i científic de la KU Leuven i de la Universitat de Queensland. "Recentment s’ha disparat el nombre d’estudis fets amb GIWAXS en un sincrotró per estudiar pel·lícules fines de perovskita d’halurs metàl·lics, ja que aquesta tècnica ha demostrat ser molt valuosa per comprendre la relació entre estructura i propietats d’un material, que condicionen el seu rendiment optoelectrònic", destaca Steele.
Creuar la barrera del 30% d’eficiència representa un gran avenç. Malgrat això, la degradació de les cel·les tàndem amb el temps sota les condicions ambientals del món real segueix sent tot un repte que cal abordar. L’estabilitat a llarg termini d’aquestes cel·les és fonamental per la seva viabilitat com a solució energètica pràctica i duradora. Els propers passos estaran centrats en garantir la seva longevitat i rendibilitat. Si bé existeixen cel·les solars d’unions múltiples (fetes de diferents materials semiconductors) amb eficiències fins i tot majors (fins a un 47%), la seva producció és costosa i només són adequades per aplicacions molt específiques, com satèl·lits espacials o escenaris de llum solar concentrada. A mesura que la indústria solar s’afanyi a aconseguir majors eficiències, les opinions expertes creuen que els límits probablement estaran molt per sobre del 35%, i el finançament continu de la recerca i el desenvolupament serà essencial per mantenir-se al dia amb la creixent demanda d’energia solar.
Referència: Xin Yu Chin, Deniz Turkay, Julian A. Steele, Saba Tabean, Santhana Eswara, Mounir Mensi, Peter Fiala, Christian M. Wolff, Adriana Paracchino, Kerem Artuk, Daniel Jacobs, Quentin Guesnay, Florent Sahli, Gaëlle Andreatta, Mathieu Boccard, Quentin Jeangros, Christophe Ballif. Interface passivation for 31.25%-efficient perovskite/silicon tandem solar cells. Science 381, 59-63 (2023). DOI: 10.1126/science.adg0091
Adaptat de les notícies originals de LIST (Luxembourg Institute of Science and Technology) i de CSEM (Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique).
