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Investigadores australianos han establecido un nuevo récord para una célula solar de kesterita > prometedor material sostenible y de bajo coste

Investigadores australianos han establecido un nuevo récord para una célula solar de kesterita > prometedor material sostenible y de bajo coste


Los investigadores de la UNSW han establecido un nuevo récord para una célula solar de kesterita (CZTS) que podría ser un complemento o reemplazo a largo plazo, sostenible y rentable para los paneles basados ​​en silicio.

Nuevo récord de eficiencia fotovoltaica logrado para la célula solar de kesterita

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) han establecido un nuevo récord mundial de eficiencia en una célula solar de kesterita (CZTS), un material que podría representar una alternativa sostenible y de bajo costo para los paneles solares basados en silicio.

Los avances en tecnologías fotovoltaicas buscan materiales que puedan combinarse con las células de silicio tradicionales para formar células solares en tándem, las cuales pueden mejorar la eficiencia en comparación con una sola unión. En este contexto, la investigación liderada por la profesora Xiaojing Hao y su equipo ha alcanzado una eficiencia del 13,2% en células solares de kesterita de alto bandgap, mejoradas con la introducción de hidrógeno.

La kesterita: un material sostenible y de bajo coste

La kesterita es un mineral natural que también puede sintetizarse mediante la combinación de cobre, zinc, estaño y azufre. Todos estos elementos son abundantes y no tóxicos, lo que convierte a la kesterita en una opción atractiva para futuras generaciones de paneles solares. En su forma sintética, se conoce como CZTS, siglas derivadas de la composición de sus elementos.

A pesar de sus ventajas ambientales y de costo, la eficiencia de CZTS se había mantenido estancada debido a los defectos generados durante su fabricación, lo que limitaba su rendimiento fotovoltaico. Sin embargo, el equipo de UNSW, que incluye a los investigadores Dr. Kaiwen Sun y Dr. Jialiang Huang, ha logrado reducir significativamente estos defectos mediante un tratamiento térmico en una atmósfera rica en hidrógeno, alcanzando así el nuevo récord de eficiencia.

Proceso de pasivación

La profesora Hao y su equipo han adoptado un enfoque de abajo hacia arriba para optimizar las características deseadas en la célula solar de CZTS. Durante seis años, la eficiencia de CZTS se había mantenido en 11%, pero la introducción de hidrógeno ha permitido reducir los defectos estructurales que afectaban el rendimiento del material.

El proceso de fabricación de CZTS consiste en combinar cobre, zinc, estaño y azufre a una temperatura controlada, generando un material semiconductor. La dificultad radica en controlar los defectos que surgen durante la producción. La incorporación de hidrógeno en este proceso ayuda a reducir el impacto de estos defectos, mejorando la conversión de la luz solar en electricidad, un fenómeno conocido como pasivación.

El CZTS podría utilizarse en células solares en tándem, donde se combinan dos o más materiales para capturar una mayor parte del espectro solar, aumentando la eficiencia general del sistema. Gracias a este avance, se espera que la eficiencia de CZTS pueda alcanzar el 15% en el próximo año y su comercialización podría materializarse hacia 2030.

Otras opciones para células en tándem

Paralelamente a su investigación sobre CZTS, el equipo de UNSW también estudia otro material potencialmente compatible con el silicio: la perovskita. Este material ha demostrado una eficiencia cercana al 27% en pequeñas superficies, pero presenta un grave problema de estabilidad, ya que se degrada rápidamente y contiene componentes tóxicos como el plomo, que puede disolverse en agua y representar un riesgo ambiental.

«Si se prioriza sólo la eficiencia desde el principio, como ocurre con la perovskita, se obtiene un gran rendimiento inicial, pero la falta de estabilidad limita su viabilidad a largo plazo. En cambio, si logramos que el CZTS alcance una eficiencia del 20%, podría imponerse como una alternativa realista y sostenible«, afirma la profesora Hao.

El objetivo final de la investigación es maximizar la eficiencia de los paneles solares y hacer que la generación de energía eléctrica sea más económica y ecológica. Dado que los módulos de silicio están cerca de su límite teórico de eficiencia, la exploración de materiales alternativos para células en tándem es esencial para el futuro de la energía fotovoltaica.

Con un enfoque integral en materiales abundantes, ecológicos y duraderos, la investigación sobre CZTS podría desempeñar un papel clave en la próxima generación de tecnologías solares, ofreciendo una solución sostenible y asequible para la transición energética global.

Vía www.unsw.edu.au

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