Los investigadores de una reconocida universidad saudí han desarrollado un módulo de células solares que mitiga las pérdidas entre células tras replantearse el diseño óptico del módulo y la forma de apilarlo.
La eficiencia de las células solares se mejora constantemente en los laboratorios de investigación de todo el mundo. Sin embargo, el uso de estas herramientas en el mundo real plantea un problema único. Por ejemplo, es necesario combinar las células solares en módulos que puedan proteger los componentes delicados de condiciones severas. Estos módulos pueden reducir la eficiencia de conversión de energía, anulando los aumentos de rendimiento meticulosamente conseguidos en el laboratorio.
Las células solares utilizadas por el equipo de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) estaban hechas de una combinación de dos semiconductores que absorben la luz: uno de silicio y el otro de un material de perovskita.
El silicio es, con diferencia, el material semiconductor más común y consolidado que se utiliza en las células solares, mientras que las perovskitas son un material emergente. Ya se ha demostrado que añadir una fina capa sobre el silicio mejora el rendimiento con un aumento aceptable del costo.
Estas células solares en tándem de perovskita y silicio han mostrado anteriormente eficiencias en la conversión de energía óptica a eléctrica de hasta el 30%, y el modelado teórico ha indicado que podría llegar hasta el 45%.
Sin embargo, cuando el equipo de la KAUST colocó sus células solares en tándem en un módulo, comprobó que la eficiencia bajaba del 28,9% al 25,7%. El módulo se fabricó intercalando las células solares entre dos láminas de vidrio, con el interior relleno de poliuretano termoplástico para encapsular las células solares.
El equipo de investigación plantea la hipótesis de que la disminución de la eficiencia se debe a un desajuste del índice de refracción tras añadir el vidrio y el poliuretano directamente a las células solares sin optimizarlas, lo que aumenta la cantidad de luz entrante reflejada.
Por ello, los investigadores decidieron reducir esta pérdida por reflexión frontal mediante un rediseño óptico del módulo a través de la ingeniería del índice de refracción. Al desplazar una película de fluoruro de magnesio desde la parte superior de la célula hasta la parte superior del cristal frontal, redujeron el desajuste del índice de refracción, consiguiendo así un acoplamiento eficaz de la luz.
“Esta sencilla optimización permite efectivamente la mayor densidad de corriente de cortocircuito -relacionada con la corriente máxima que puede extraerse del dispositivo- de la que se tiene constancia en la bibliografía para módulos solares monolíticos de perovskita/silicio en tándem, lo que se traduce en un aumento de la eficiencia de conversión de energía del 25,7% al 26,2%”, afirma el investigador de la KAUST Lujia Xu, que trabajó en la investigación.
“Ahora esperamos explorar cómo diferentes materiales y el texturizado de la superficie del material podrían reducir aún más las pérdidas de corriente de las células a los módulos”, añade Xu.
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