Tecnología de tándem de perovskita y silicio para llevarla a la madurez industrial

La química húmeda y el proceso de vacío de PeroLabs abarcan infraestructura de vanguardia para el depósito de películas delgadas mediante boquillas de rendija y recubrimiento rotatorio, cámaras de evaporación para absorbentes de perovskita, contactos selectivos y metales, así como deposición por capas atómicas de óxidos metálicos en atmósfera de gas inerte. © Fraunhofer ISE / Procesamiento de células solares perovskita-silicio en Fraunhofer ISE. La infraestructura del laboratorio comprende cámaras de evaporación para absorbentes de perovskita, contactos selectivos y metales, y la deposición por capas atómicas de óxidos metálicos en una atmósfera de gas inerte. © Fraunhofer ISE

Aplicar una segunda célula solar de perovskita sobre células solares de silicio clásicas permite aprovechar aún mejor el espectro solar. Científicos de todo el mundo investigan cómo realizar estas células solares en tándem de manera fiable, duradera y con procesos de fabricación industriales. Investigadores del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE desarrollaron entre 2020 y 2022, junto con socios industriales en el proyecto conjunto »SWiTch«, tecnologías para la fabricación de módulos de formato completo de perovskita-silicio. A nivel de célula, el equipo del proyecto principal del Fraunhofer »MaNiTU« y del proyecto »PrEsto«, financiado por el Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima BMWK, lograron escalar las células solares de perovskita-silicio de laboratorio a tamaño de oblea. En una colaboración recientemente acordada con Meyer Burger, el Fraunhofer ISE continuará intensificando sus actividades en el área de células y módulos en tándem.

Las células solares en tándem de perovskita-silicio representan una evolución de la tecnología estándar establecida basada en obleas de silicio. Una célula solar de perovskita con una gran brecha de banda se procesa sobre la célula solar de silicio para aprovechar mejor la luz solar. »Con ellas, es posible alcanzar eficiencias superiores al 35 por ciento«, dice el Prof. Dr. Andreas Bett, director del instituto en el Fraunhofer ISE. »Las células solares en tándem de perovskita-silicio a escala de laboratorio ya han superado el límite físico de las células simples de silicio, que es del 29,4 por ciento, y así podrán hacer que las células solares sean aún más eficientes en el futuro.«

Escalado de las células de laboratorio a tamaño de oblea

Actualmente, la mejor eficiencia publicada a escala de laboratorio es del 31,3 por ciento. Sin embargo, las superficies de estas células solares de laboratorio aún son pequeñas — aproximadamente 1 centímetro cuadrado — y la mayoría de los procesos de fabricación utilizados en laboratorio no son aptos para la producción industrial. »Por eso, estamos muy contentos de haber logrado un rendimiento certificado del 22,5 por ciento en una superficie de más de 100 centímetros cuadrados y con metallización por serigrafía industrial. Ahora, nuestro objetivo es también lograr en superficies grandes los altos rendimientos de nuestras pequeñas células de laboratorio mediante métodos escalables«, dice la Dra. Patricia Schulze, investigadora del proyecto »MaNiTU« en el Fraunhofer ISE. Los investigadores trabajan especialmente en un proceso híbrido de deposición que combina dos métodos de fabricación establecidos para producir células solares de perovskita sobre células de silicio texturizadas por ambas caras.

Primero módulos de formato completo construidos

En el proyecto conjunto »SwiTch«, el Fraunhofer ISE desarrolló junto con los socios soluciones de interconexión y encapsulado para células solares en tándem. »Los procesos de interconexión y laminación debían entenderse y adaptarse de modo que las células solares de perovskita-silicio pudieran integrarse en el módulo sin daños, de forma económica y con estabilidad a largo plazo«, dice el Dr. Holger Neuhaus, jefe del departamento de módulos fotovoltaicos en el Fraunhofer ISE. Ya se han producido los primeros prototipos con una potencia de 430 vatios pico. La desarrollo fue complementada con un análisis detallado de las pérdidas célula a módulo y trabajos sobre la estabilidad a largo plazo de los módulos en tándem. Dentro del marco del proyecto conjunto »SALTO«, el Fraunhofer ISE logró establecer la tecnología de interconexión SWCT de Meyer Burger para módulos de formato completo en el Fraunhofer ISE. Esta tecnología de baja temperatura es adecuada para la interconexión de células solares de silicio y perovskita en comparación con los procesos de soldadura convencionales.