Informe sobre Avances en Células Solares Tándem y su Contribución a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

Introducción

Investigadores del Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur (SERIS) han desarrollado un dispositivo tándem innovador que combina una célula inferior orgánica y una célula superior de perovskita, alcanzando una eficiencia de conversión de energía récord del 26,4%. Este avance tecnológico representa un paso significativo hacia la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, especialmente en materia de energía asequible y no contaminante (ODS 7) y acción por el clima (ODS 13).

Características Técnicas del Dispositivo Tándem

1. Célula Inferior Orgánica:
   • Eficiencia de conversión de energía del 17,9%.
   • Alta densidad de corriente de cortocircuito de 28,60 mA/cm².
   • Uso de un aceptor asimétrico no fullerénico (NFA) denominado P2EH-1V que mejora la captura de fotones en el infrarrojo cercano (NIR).
   • Reducción de la brecha óptica a 1,27 eV, favoreciendo la disociación eficiente de excitones y la transferencia de huecos al donante PBDB-T-2F (PM6).
2. Célula Superior de Perovskita:
   • Voltaje de circuito abierto de 1,37 V.
   • Factor de llenado del 85,5%.
3. Conexión entre capas:
   • Interconector de óxido conductor transparente (TCO) que asegura la integración eficiente de ambas células.

Resultados y Certificaciones

• Eficiencia de conversión de energía del 27,5% en muestras pequeñas (0,05 cm²).
• Eficiencia del 26,7% en dispositivos de 1 cm².
• Certificación independiente de eficiencia del 26,4%, la más alta reportada hasta la fecha para células perovskita-orgánicas y configuraciones similares.

Implicaciones para los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

Este avance tecnológico contribuye directamente a varios ODS:

1. ODS 7: Energía Asequible y No Contaminante
   • La alta eficiencia y flexibilidad de las células solares tándem facilitan la producción de energía limpia y renovable.
   • El diseño roll-to-roll permite la fabricación a gran escala y a bajo costo, promoviendo el acceso universal a energía sostenible.
2. ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura
   • Innovaciones en materiales y diseño de células solares fomentan el desarrollo tecnológico y la infraestructura energética avanzada.
3. ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles
   • La integración en textiles inteligentes y dispositivos portátiles contribuye a comunidades más sostenibles y resilientes.
4. ODS 13: Acción por el Clima
   • La generación de energía limpia reduce la dependencia de combustibles fósiles y disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero.

Aplicaciones Potenciales

• Producción roll-to-roll para películas flexibles y ligeras.
• Integración en sustratos curvos o textiles, ideal para:
• Parches de salud autoalimentados que capturan luz solar para alimentar sensores biométricos.
• Textiles inteligentes que monitorean datos biométricos sin necesidad de baterías voluminosas.
• Dispositivos portátiles, drones y electrónica habilitada para inteligencia artificial.

Contexto y Publicaciones

El dispositivo fue descrito en el artículo “Efficient near-infrared harvesting in perovskite–organic tandem solar cells”, publicado en la revista Nature. Además, investigaciones recientes de la Universidad de Potsdam y la Academia China de Ciencias reportaron una eficiencia del 25,7% en una configuración similar, evidenciando el rápido avance en esta área tecnológica.

Conclusión

El desarrollo de células solares tándem perovskita-orgánicas con alta eficiencia representa un avance significativo hacia la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, especialmente en la promoción de energías limpias, innovación tecnológica y mitigación del cambio climático. La flexibilidad y versatilidad de estas células abren nuevas oportunidades para aplicaciones en salud, tecnología portátil y ciudades inteligentes, contribuyendo a un futuro más sostenible y resiliente.

1. Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) abordados o conectados con los temas destacados en el artículo

1. ODS 7: Energía asequible y no contaminante

   • El artículo se centra en el desarrollo de células solares tándem con alta eficiencia, lo que contribuye a la generación de energía limpia y renovable.
   • La innovación tecnológica en células solares orgánicas y de perovskita promueve el acceso a energía sostenible.

2. ODS 9: Industria, innovación e infraestructura

   • El avance científico y tecnológico en materiales y dispositivos solares refleja la promoción de la innovación y el desarrollo industrial sostenible.
   • El desarrollo de tecnologías flexibles y eficientes para aplicaciones en electrónica portátil y textiles inteligentes fomenta infraestructuras modernas y sostenibles.

3. ODS 13: Acción por el clima

   • La mejora en eficiencia de las células solares contribuye a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero al facilitar el uso de energías renovables.
   • El artículo destaca tecnologías que pueden reemplazar fuentes de energía fósiles, apoyando la mitigación del cambio climático.

2. Metas específicas de los ODS identificadas en función del contenido del artículo

1. Meta 7.2: Aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas

   • El desarrollo de células solares tándem con eficiencia récord contribuye directamente a incrementar la proporción de energía renovable.

2. Meta 7.a: Promover la investigación y la tecnología en energía limpia

   • La innovación en células solares orgánicas y de perovskita, incluyendo nuevos materiales como el aceptor asimétrico no fullerénico (NFA), refleja avances en investigación y tecnología energética.

3. Meta 9.5: Mejorar la investigación científica, modernizar la infraestructura tecnológica e incrementar la capacidad tecnológica de los sectores industriales

   • El artículo muestra cómo la investigación en células solares mejora la infraestructura tecnológica y la capacidad industrial para producir dispositivos eficientes y flexibles.

4. Meta 13.1: Fortalecer la resiliencia y la capacidad de adaptación frente a los riesgos relacionados con el clima

   • El impulso a tecnologías de energía limpia ayuda a mitigar riesgos climáticos mediante la reducción de emisiones contaminantes.

3. Indicadores de los ODS mencionados o implícitos en el artículo para medir el progreso

1. Indicador 7.2.1: Proporción de energía renovable en el consumo total de energía final

   • La eficiencia de conversión energética de las células solares tándem (26,4% certificado) es un dato clave para evaluar la contribución de esta tecnología a la energía renovable.

2. Indicador 7.a.1: Inversiones en investigación y desarrollo en energía limpia

   • El artículo menciona desarrollos tecnológicos y científicos específicos (uso de NFA, diseño de células tándem), que reflejan avances en I+D en energía limpia.

3. Indicador 9.5.1: Gastos en investigación y desarrollo como proporción del PIB

   • La inversión en investigación en el Instituto SERIS y otras instituciones para mejorar células solares es un ejemplo implícito de este indicador.

4. Indicador 13.1.1: Número de muertes, personas desaparecidas y personas afectadas por desastres relacionados con el clima

   • Aunque no se menciona directamente, la adopción de tecnologías limpias como las células solares contribuye a la reducción de riesgos climáticos, impactando positivamente en este indicador.

4. Tabla: ODS, metas e indicadores

Fuente: pv-magazine-latam.com