Investigadors catalans obtenen una eficiència del 16,94% amb una cèl·lula solar orgànica en tàndem de quatre terminals. L’eficiència reeixida per l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) és la més alta aconseguida fins a la data per una cèl·lula en tàndem de quatre terminals.
Investigadors de l‘Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) han fabricat una nova cèl·lula solar orgànica de quatre terminals amb configuració en tàndem que aconsegueix una eficiència de conversió de potència (PCE) del 16,94%. El nou dispositiu està compost per una cèl·lula frontal molt transparent que incorpora un elèctrode transparent ultrafino de plata (Ag) de només 7nm, la qual cosa garanteix el seu funcionament eficient.
Les cèl·lules solars orgàniques (OSC) en tàndem de dues terminals representen un dels enfocaments més prometedors per a fer front a les pèrdues per transmissió i termalización de les cèl·lules solars d’unió única. Aquestes cèl·lules solars orgàniques consten de subcélulas davanteres i posteriors amb diferents bandgaps, la qual cosa permet una absorció i un aprofitament més amplis de l’espectre solar.
No obstant això, per a aconseguir un rendiment òptim en aquestes configuracions és necessari un equilibri de corrent suficient entre les dues subcélulas. A més, la fabricació d’aquesta mena de cèl·lules solars orgàniques en tàndem suposa un repte, ja que necessiten una capa d’interconnexió robusta capaç de facilitar una recombinació eficient de les càrregues, mantenint al mateix temps una alta transparència.
La configuració en tàndem de quatre terminals ha sorgit com una estratègia alternativa molt eficient en el disseny de cèl·lules solars. A diferència de l’enfocament de dues terminals, aquesta configuració presenta connexions elèctriques separades per a la cèl·lula frontal transparent i la cèl·lula posterior opaca. Per consegüent, el problema de l’adaptació del corrent elèctric ja no és un factor limitant. Aquesta configuració permet una major flexibilitat en la selecció dels intervals de banda de cada cèl·lula del tàndem, optimitzant així l’absorció de fotons i millorant l’eficiència global de la producció d’energia solar.
Ara, en un nou estudi publicat en la revista Journal Solar RRL, els investigadors del ICFO i membres de l’equip del projecte europeu SOREC2, Francisco Bernal-Texca, i el professor Jordi Martorell descriuen la fabricació d’una cèl·lula solar orgànica en tàndem de quatre terminals que ha aconseguit una eficiència de conversió de potència (PCE) del 16,94%. La fabricació d’un elèctrode de plata transparent ultrafino, un component essencial per a optimitzar el rendiment de la cèl·lula solar en tàndem, és fonamental per a aquest assoliment.
Per a fabricar el nou dispositiu, els investigadors van estudiar primer els materials orgànics destinats a la capa fotoactiva de totes dues cèl·lules. Van examinar l’eficàcia de tres mescles diferents per a la cèl·lula frontal, dissenyada per a captar els fotons d’alta energia. Finalment es va triar la mescla amb millor rendiment, denominada PM6:L8-BO. Per a la cèl·lula opaca posterior, els investigadors van decidir utilitzar la mescla PTB7-Th:O6T-4F, amb un bandgap estret, la qual cosa la fa més adequada per a absorbir la part infraroja de l’espectre (fotons de baixa energia).
La fabricació d’un elèctrode de plata transparent ultrafino amb un gruix de només 7 nm va ser l’ingredient clau de la recerca actual. Aquest element es va col·locar en la part posterior de la cèl·lula frontal, garantint una bona transmissió de la llum per a alimentar la cèl·lula posterior. Els elèctrodes de Ag superiors convencionals utilitzats per a aplicacions de cèl·lules solars transparents solen tenir un gruix d’entre 9 i 15 nm.
La seva producció va exigir un control meticulós de les condicions de laboratori per a garantir la precisió i la consistència. A continuació, l’elèctrode es va apilar amb tres capes dielèctriques que alternaven triòxid de tungstè (WO3) i fluorur de liti (LiF). Aquesta estructura multicapa fotònica exerceix un paper crucial, ja que se situa entre les dues cel·les per a facilitar una distribució eficaç i uniforme de la llum. “Aquesta estructura presenta una alta transmissió en el rang de 750-1000 nm i una alta reflectivitat en el rang de 500-700 nm”, van escriure els investigadors.
“El desenvolupament d’un elèctrode intermedi de plata transparent és crucial per al funcionament eficaç de la cèl·lula solar. Ha de presentar un delicat equilibri, ser prou transparent com per a permetre que la llum arribi a la cèl·lula posterior i, al mateix temps, mantenir una alta conductivitat elèctrica per a garantir el rendiment òptim de la cèl·lula frontal”, afirma Francisco Bernal, investigador del ICFO i primer autor de l’estudi. “Ser capaços de fabricar un elèctrode de només 7nm sense observar pèrdues en les cèl·lules transparents davanteres és un avanç significatiu en el camp de les cèl·lules transparents”.
Simulador solar
Els investigadors van provar el rendiment fotovoltaic del dispositiu sota 1 sol d’il·luminació amb un simulador solar i van mesurar la seva eficiència quàntica. El dispositiu va aconseguir una eficiència de conversió de potència del 16,94%, que, fins a la data, seria la més alta aconseguida per una cèl·lula orgànica en tàndem de quatre terminals. Els autors de l’estudi assenyalen que l’actual rècord oficial d’eficiència dels dispositius orgànics en tàndem és del 14,2% i que l’últim PCE notificat per a tàndems orgànics de quatre terminals és del 6,5% .
El projecte SOREC2, finançat per la UE, pretén desenvolupar una nova tecnologia per a transformar directament la llum solar i el CO₂ en productes químics de valor afegit que permetin un emmagatzematge segur i eficient de l’energia. El consorci desenvoluparà una nova cèl·lula fotoelectroquímica compacta en tàndem alimentada per llum solar i un nou sistema catalitzador híbrid per a millorar la selectivitat cap als productes C2.
Altres articles d’interès: Retrocés de platges catalanes: dues de cada tres es veuen afectades
