Renovables: aconsegueixen fabricar una cèl·lula solar amb gairebé la màxima eficiència possible, un 30,9%

L'eficiència de les cèl·lules solars que composen els panells fotovoltaics va superant-se cada vegada més. Ara, investigadors de l'Escola Politècnica Federal de Lausana (EPFL), a Suïssa, han aconseguit un nou i molt significatiu avanç en aquest camp. En concret, han desenvolupat una cèl·lula fotovoltaica de doble capa amb un rendiment de conversió del 30,9%, gairebé el màxim possible. Això permetria una millora molt important en l'aprofitament de l'energia procedent del Sol.

Cal tenir en compte que els panells fotovoltaics converteixen en electricitat només una part de l'energia lluminosa que capten del Sol. L'eficiència teòrica màxima d'aquests panells és del 31%, encara que els més eficients entre els que es comercialitzen habitualment, els monocristal·lins, tenen una eficiència que no sol superar el 24%.

A què es deu aquest màxim? Aquesta limitació és conseqüència de la incapacitat dels panells per convertir els fotons d'alta energia, la qual cosa restringeix la seva eficàcia.

La novetat: les cèl·lules "tàndem"

Amb l'objectiu de superar aquesta limitació, els científics de l'EPFL han desenvolupat cèl·lules fotovoltaiques "tàndem". Aquestes cèl·lules estan compostes per dues capes diferents que milloren significativament el rendiment de conversió d'energia.

La capa superior està feta de perovskita, un material que permet absorir eficientment els fotons d'alta energia de l'espectre lluminós. La capa inferior està feta de silici i s'encarrega de convertir la llum vermella i infraroja.

La perovskita de la capa superior és tractada amb àcid 2,3,4,5,6-pentafluorobenzilfosfònic (pFBPA), que millora l'eficiència de les cèl·lules i resol problemes relacionats amb el plom. Aquest tractament, combinat amb un substrat recobert de nanopartícules de SiO2, redueix la formació d'orificis de punt i la resistència en derivació, optimitzant així la capacitat de conversió de la cèl·lula.

A més, la capa superior inclou un substrat compost per òxid d'indi i estany, nanopartícules de diòxid de silici, perovskita, buckminsterfullereno, àcid fosfònic, plata i òxid de zinc i indi. Aquests materials van ser seleccionats i combinats per maximitzar l'eficiència d'absorció i conversió d'energia.

Els resultats assolits

Durant les proves realitzades pels investigadors sota condicions normals d'il·luminació, la cèl·lula fotovoltaica tàndem va assolir un rendiment de conversió del 30,9%. Aquests resultats han estat certificats per una entitat competent en la matèria, el nom de la qual no ha estat revelat, la qual cosa asseguraria la validesa de les dades obtingudes. L'ús de pFBPA, en particular, ha estat fonamental per a aquesta optimització.

Un dels reptes principals en el disseny de la cèl·lula tàndem va ser l'optimització de la capa de perovskita perquè fos prou permeable a la llum, permetent així la conversió eficient tant de fotons d'alta energia com de llum vermella i infraroja. Els investigadors van aconseguir això substituint el recobriment d'or tradicional en els elèctrodes per materials basats en òxids metàl·lics, que són conductors i permeten el pas d'aproximadament el 80% de l'energia luminosa.

A més, es va ajustar la banda prohibida de la capa inferior per millorar la seva capacitat de conversió d'energia luminosa en electricitat, alineant així el disseny de la cèl·lula amb els processos industrials existents per mantenir baixos els costos de producció.

Revolució en l'energia solar

L'avenç dels científics de l'EPFL en el desenvolupament de cèl·lules fotovoltaiques tàndem representa un pas significatiu cap a la millora de l'eficiència dels panells solars. Amb un rendiment de conversió del 30,9%, aquestes cèl·lules podrien transformar el camp de l'energia solar, fent l'energia renovable més eficient i accessible.

La integració d'aquests avanços en la producció industrial existent també promet una reducció en els costos, fomentant així una adopció més àmplia i sostenible de l'energia solar.

Notícies relacionades

La Diputació de Barcelona continua liderant la transició energètica a la província

El revolucionari projecte per a obtenir energia solar des de l'espai en 2030

Aquest desenvolupament no només acosta la tecnologia solar al seu límit teòric d'eficiència, sinó que també marca un èxit important en el nostre camí cap a un futur més verd i sostenible.

Estudi de referència: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435124001995