En simulaciones y experimentos, los investigadores demuestran que la introducción de pequeñas texturas a nanoescala en las superficies de los materiales en células solares en tándem de perovskita / silicio puede aumentar significativamente la eficiencia al reducir la cantidad de energía luminosa que se pierde debido a la reflexión. Un nuevo diseño nanotexturizado puede lograr un potencial de eficiencia de conversión de energía superior al 29%, que las simulaciones sugieren que podría mejorarse aún más con mejores técnicas de fabricación y texturizado adicional.
Philipp Tockhorn de Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) presentará el trabajo en el Congreso virtual OSA Advanced Photonics que se celebrará el 29 de julio.
“Presentamos células solares en tándem de perovskita / silicio nanotexturizadas que están a la par con las mejores células presentadas en este campo tan dinámico”, dijo Tockhorn. Nuestros hallazgos pueden contribuir a un mayor desarrollo de células solares en tándem de perovskita / silicio altamente eficientes y tienen el potencial de reducir aún más el costo de la electricidad solar ”.
Las perovskitas son materiales con una estructura cristalina similar a la de la perovskita mineral natural. Estos materiales semiconductores convierten la luz solar en energía de manera muy eficiente y han sido un foco clave para el desarrollo de tecnologías de energía solar de próxima generación. Los paneles solares de hoy están hechos principalmente de silicio.
Para el nuevo trabajo, Tockhorn, Johannes Sutter y sus colegas de los grupos del profesor Becker y el profesor Albrecht en HZB examinaron cómo la introducción de nanotexturas en varias interfaces afecta el rendimiento de las células solares en tándem hechas de una célula solar de perovskita encima de una célula solar de silicio. Primero usaron una simulación por computadora para calcular la corriente eléctrica en las subcélulas de perovskita y silicio (la densidad de fotocorriente) cuando la capa de perovskita era totalmente plana, nanotexturizada (irregular) solo en la parte inferior donde se encontraba con la capa de silicio, o irregular en ambas partes superiores. y fondo. Las protuberancias simuladas tenían una altura de aproximadamente 300 nm y una separación de 750 nm. Si bien el diseño nanotexturizado de una cara mostró solo una ligera mejora del rendimiento sobre el diseño plano en la simulación, la arquitectura completamente texturizada se calculó para absorber considerablemente más luz, aumentando la densidad de fotocorriente en 0.7 mA / cm2 por subcélula.
Para explorar más a fondo cómo la nanotextura afecta el rendimiento de las células solares, los investigadores fabricaron diferentes diseños de células solares en tándem de perovskita / silicio: uno con una capa de perovskita completamente plana y otro con una capa de perovskita que es plana en la parte superior y con baches en la parte inferior en la interfaz para la celda solar de silicio. Determinaron que la nanotexturización unilateral ya aumentaba la luz absorbida y la corriente generada en la capa absorbente de silicio en 0.2-0.3 mA / cm².
“Sorprendentemente, las nanotexturas no solo mejoran la absorción de la luz, sino que también conducen a una ligera mejora de las células solares en tándem. Electrónico calidad en comparación con la referencia plana junto con mejores condiciones de procesamiento de película, dijo Tockhorn ".
Los hallazgos sugieren una vía prometedora para nuevas mejoras, según los investigadores de HZB. Con base en los resultados de la simulación, los investigadores predicen que una celda solar donde la capa de perovskita está nanotexturizada tanto en la parte superior como en la inferior probablemente aumentaría aún más el rendimiento y alcanzaría una eficiencia de conversión de energía superior al 30%.
“Existe y es factible un mayor desarrollo de este enfoque de textura de doble cara, pero requerirá mejoras en el proceso de fabricación para agregar nanotexturización al lado superior de la capa de perovskita”, dijo Tockhorn.
