Los paneles solares en tándem prometen establecer récords de eficiencia

La energía solar continúa su carrera hacia un definitivo asentamiento como tecnología productora de energía. Para ello, esta debe mejorar sus niveles de eficiencia, que actualmente rondan entre el 20 y el 26 % para módulos solares de silicio convencionales.

Y esta es una tecnología que parece contar ya con poco margen de evolución. De ahí que diferentes centros de investigación lleven tiempo desarrollando variantes o alternativas.

«En comparación con el silicio, la absorción espectral se puede adaptar idealmente a la red tándem en el CIGS»

Una de esas variantes es el panel solar en tándem, que ofrece potencial para superar el 30 % de eficiencia. Así lo aseguran un grupo de científicos del Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno Baden-Württemberg (ZSW), que están desarrollando un módulo solar en tándem que combina perovskita y CIGS, una mezcla de cobre, indio y galio depositada en forma de vapor sobre un material portador -que puede ser rígido o flexible- en una atmósfera de selenio.

Qué es un módulo solar en tándem

Los módulos solares en tándem combinan varios tipos de células solares con diferentes bandas para aprovechar de manera más amplia el espectro del sol.

El diseño de una célula solar en tándem de alta eficiencia requiere materiales absorbentes fotovoltaicos con diferentes intervalos de banda. Como regla general, las celdas solares situadas en la parte superior del módulo tienen un intervalo de banda grande y convierten la luz ultravioleta y azul en electricidad.

Por su parte, las células solares colocadas en la parte inferior disponen de intervalos de banda más pequeños y convierten la luz roja e infrarroja de manera eficiente en electricidad.

Los módulos solares en tándem de ZSW

Con esta tecnología, el ZSW afirma haber alcanzado una eficiencia del 21,1 % con un módulo de película delgada de este tipo. Estos módulos de película delgada son muy eficientes y se pueden fabricar para que sean ligeros y flexibles. Por lo tanto, también pueden abrir otros campos de aplicación fuera de la instalación clásica en forma de módulos rígidos en el parque solar.

Sin embargo, el potencial es muy superior, y el ZSW espera rebasar el 30 % en el futuro. La clave está en que sus diferentes capas activas aprovechan mejor el ancho del espectro de la luz solar que la respectiva célula solar individual y, por lo tanto, permiten una mayor eficiencia.

Las perovskitas organometálicas son un grupo prometedor de materiales para módulos solares en tándem. «Algunos compuestos de esta clase de materiales muestran excelentes propiedades ópticas y electrónicas y están disponibles en abundancia y a bajo precio en la Tierra», explica el Dr. Jan-Philipp Becker, jefe del departamento Fotovoltaico de ZSW.

«Gracias a su banda prohibida de alta energía óptica, utilizan la parte de alta energía del espectro solar de manera muy eficiente en el módulo solar superior. Al mismo tiempo, permiten que una parte considerable y de baja energía del espectro pase al segundo módulo solar que se encuentra debajo».

Óptima adaptación al espectro solar

Si bien el uso de fotovoltaica de silicio convencional para el módulo solar inferior de la tecnología en tándem es bastante obvio,lo cierto es que también es posible usar perovskita o CIGS. Con ello en mente, los expertos del ZSW ya llevan tiempo desarrollando esta tecnología junto con socios industriales hasta la producción en serie.

«En comparación con el silicio, la absorción espectral, es decir, la absorción de luz, se puede adaptar idealmente a la red tándem en el CIGS», afirman.

En concreto, el módulo solar en tándem de ZSW tiene un tamaño de 9 cm2 y una eficiencia del 21,1 %. Este prototipo también se caracteriza por una arquitectura de componentes industrialmente adecuada y escalable.

Hay que tener en cuenta que los mejores valores actuales para los módulos solares en tándem hechos de perovskita y CIGS son sólo ligeramente superiores al 22 %. Y con celdas de laboratorio más pequeñas, el ZSW ya ha logrado una excelente eficiencia del 26,6 % para esta combinación de materiales.

Algunas de las claves de este avance en materia de módulos solares en tándem son la optimización de los submódulos -especialmente el de perovskita semitransparente para permitir el paso de la luz al módulo inferior-, el desarrollo de electrodos transparentes o la mejora de la pasivación de las interfaces.

Módulos solares en tándem: muy eficientes, ligeros y flexibles

Además de la alta eficiencia, los módulos solares en tándem hechos de perovskita y CIGS ofrecen otras ventajas: la tecnología de película delgada y que los módulos también se pueden fabricar en láminas de plástico o acero y, por lo tanto, son livianos y flexibles.

Como resultado, además de la instalación clásica en parques solares, son ideales para otras aplicaciones, como la integración perfecta en vehículos o la instalación en edificios de fábricas que no pueden soportar cargas pesadas.

Además, según los estudios actuales, no sólo los costes de producción de electricidad son más bajos, sino que el balance ambiental general de la energía fotovoltaica de película delgada también es muy bueno debido al bajo consumo de materiales y energía durante la producción.

Fotos: Pexels.com | ZSW