Una célula solar de perovskita bifacial, que permite que la luz solar llegue a ambos lados del dispositivo, tiene el potencial de producir mayores rendimientos de energía a costos generales más bajos, según científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU.
La naturaleza dual de una celda solar bifacial permite capturar la luz solar directa en el frente y la captura de la luz solar reflejada en la parte posterior, lo que permite que este tipo de dispositivo supere a sus contrapartes monofaciales.
« Esta celda de perovskita puede operar de manera muy efectiva desde cualquier lado », dijo Kai Zhu, científico principal del Centro de Química y Nanociencia de NREL y autor principal de un nuevo artículo publicado en la revista Joule: « Solar de perovskita de unión simple bifacial altamente eficiente células. » Sus coautores de NREL son Qi Jiang, Rosemary Bramante, Paul Ndione, Robert Tirawat y Joseph Berry. Otros coautores son de la Universidad de Toledo.
Las investigaciones anteriores sobre células solares bifaciales de perovskita han producido dispositivos considerados inadecuados en comparación con las células monofaciales, que tienen un récord actual del 26 % de 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 una eficiencia similar en la parte posterior.
Los investigadores pudieron hacer una celda solar donde la eficiencia bajo la iluminación de ambos lados está muy cerca. La eficiencia medida en laboratorio de la iluminación frontal superó el 23 %. A partir de la iluminación trasera, la eficiencia fue de alrededor del 91 % al 93 % de la frontal.
Antes de construir la celda, los investigadores se basaron en 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 de perovskita demasiado gruesa puede 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.
Según Zhu, las simulaciones guiaron el diseño de la celda bifacial y, sin esa ayuda, los investigadores habrían tenido que producir experimentalmente celda tras celda para determinar el grosor ideal. 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.
La Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU. financió la investigación.
NREL es el principal laboratorio nacional del Departamento de Energía de EE. UU. para la investigación y el desarrollo de energías renovables y eficiencia energética. NREL es operado para el DOE por Alliance for Sustainable Energy LLC.