Nuevos materiales para aplicaciones fotovoltaicas: Perovskita y tierras raras

La investigación fotovoltaica tiene dos objetivos principales: Reducir el costo de las celdas solares y/o mejorar su eficiencia en la conversión de energía. El propósito de este proyecto cooperativo es contribuir a ambos objetivos mediante la investigación de nuevos materiales fotovoltaicos de perovskita y tierras raras. La perovskita ha surgido como un material muy prometedor y de bajo costo para películas absorbentes en celdas solares. Las celdas solares a base de perovskita han mostrado un desarrollo más veloz que aquellas con cualquier otro material previamente utilizado: en tan sólo seis años, su eficiencia se ha quintuplicado, alcanzando niveles competitivos con celdas a base de silicio. Pese a ello, en vez de competir con las tecnologías a base de silicio, que ya están establecidas industrialmente, el enfoque más prometedor sería combinar ambos materiales. La perovskita absorbe luz en la región azul del espectro de manera muy eficiente, mientras que el silicio es óptimo para luz roja y del infrarrojo cercano. Por consiguiente, las llamadas celdas solares “tándem” de silicio/perovskita, compuestas de capas superpuestas de cada material, muestran gran potencial para superar las actuales celdas solares de silicio de unión única. El HZB ha desarrollado celdas solares de silicio de hetero-unión, que pueden servir como la base de la celda tándem. No obstante, la construcción de estas celdas tándem perovskita/silicio hetero-unión, en la forma de una pila monolítica de capas depositadas, resulta bastante difícil. Uno de los principales desafíos es sintonizar la energía del ancho de banda de la perovskita para optimizar eléctrica y ópticamente la estructura tándem. El objetivo del proyecto es obtener conocimiento preciso del índice de refracción complejo, ancho de banda óptico y fotoconductancia de la capa de perovskita. Un segundo enfoque para superar el límite de la eficiencia de una celda solar es incorporar procesos de conversión descendente y ascendente de luz. Las energías de fotón mayores al ancho de banda de la capa absorbente son perdidas parcialmente por termalización, y las energías menores son perdidas totalmente por falta de absorción, lo cual limita la eficiencia de las celdas solares de unión única. La conversión descendente transfiere la energía de un fotón de alta energía a dos fotones de energía inferior, así disminuyendo las pérdidas por termalización. Conversión ascendente transfiere la energía de dos fotones de baja energía a un fotón de energía superior para que pueda ser absorbido. Las tierras raras implementadas en una matriz huésped adecuada han demostrado el potencial de conversión descendente y ascendente. El Grupo de Ciencia de los Materiales de la PUCP está investigando las propiedades ópticas y luminescentes de las tierras raras de terbio (Tb) e yterbio (Yb). El objetivo del proyecto es demostrar los procesos de conversión descendente y/o ascendente de las tierras raras en un dispositivo fotovoltaico.

TÖFFLINGER PALOMINO ,JAN AMARU