Células solares de perovskita: bifaciales y más eficientes. La naturaleza dual de una celda solar bifacial permite capturar la luz solar directa de frente. Pero también la reflejada en la parte posterior. Lo que permite que este tipo de dispositivo supere en eficiencia energética a sus contrapartes monofaciales.
«Esta celda de perovskita puede operar de manera muy efectiva desde cualquier lado», dijo Kai Zhu, científico principal en el Centro de Química y Nanociencia de NREL. Y autor principal del nuevo artículo. Sus coautores de NREL son Qi Jiang, Rosemary Bramante, Paul Ndione, Robert Tirawat y Joseph Berry. Además de haber contado con colaboradores de la Universidad de Toledo.
Las investigaciones anteriores sobre células solares bifaciales de perovskita han producido dispositivos que no terminaban de ser competitivos con las células monofaciales. Estas tienen un récord actual del 26% de eficiencia. La perovskita es un material raro que se emplea desde hace años para producir células con las que captar energía solar.
Perovskita con doble eficiencia
Idealmente, señalaron los investigadores del NREL, una célula bifacial debería tener una eficiencia en la parte frontal cercana a la célula monofacial de mejor rendimiento. Y un complemento similar en la parte posterior.
Los investigadores pudieron hacer una celda solar donde la eficiencia bajo la iluminación de ambos lados está muy cerca de lo esperado. La eficiencia medida en laboratorio de la iluminación frontal superó el 23 %. Desde la iluminación trasera, la eficiencia fue de aproximadamente el 91 % al 93 % de la frontal.
Antes de construir la celda, los investigadores realizaron simulaciones ópticas y eléctricas para determinar el espesor necesario. La capa de perovskita en el frente de la celda tenía que ser lo suficientemente gruesa para absorber la mayoría de los fotones de cierta parte del espectro solar. Pero una capa demasiado gruesa podría bloquear los fotones. En la parte posterior de la celda, el equipo de NREL tuvo que determinar el grosor ideal del electrodo trasero para minimizar la pérdida resistiva.
Las simulaciones fueron vitales
Según Zhu, las simulaciones guiaron el diseño de la celda bifacial. Sin esa ayuda, los investigadores habrían tenido que producir experimentalmente celda tras celda para determinar el grosor ideal.
Gracias a las simulaciones descubrieron que el grosor ideal para una capa de perovskita es de alrededor de 850 nanómetros. En comparación, un cabello humano mide aproximadamente 70.000 nanómetros.
Para evaluar la eficiencia obtenida a través de la iluminación bifacial, los investigadores colocaron la celda entre dos simuladores solares. La luz directa se apuntó a la parte delantera, mientras que la parte trasera recibió luz reflejada. La eficiencia de la celda aumentó a medida que aumentaba la relación entre la luz reflejada y la iluminación frontal.
Si bien los investigadores estiman que la fabricación de un módulo solar de perovskita bifacial costaría más que un módulo monofacial, con el tiempo los módulos bifaciales podrían terminar siendo mejores inversiones financieras porque generan entre un 10 % y un 20 % más de energía. Células solares de perovskita: bifaciales y más eficientes.
Referencia: artículo publicado en la revista Joule.
