Informe sobre el avance en células solares tándem perovskita-orgánicas

Introducción

Investigadores del Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur (SERIS) han desarrollado un dispositivo tándem basado en una célula orgánica inferior y una célula solar de perovskita superior, logrando una eficiencia de conversión de energía récord del 26,4%. Este avance contribuye significativamente a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), especialmente al ODS 7: Energía asequible y no contaminante, y al ODS 13: Acción por el clima.

Detalles técnicos del dispositivo

1. Célula orgánica inferior:
   • Eficiencia de conversión de energía del 17,9%.
   • Alta densidad de corriente de cortocircuito de 28,60 mA/cm².
   • Utiliza un aceptor asimétrico no fullerénico (NFA) llamado P2EH-1V, que mejora la captura de fotones en el infrarrojo cercano (NIR).
   • Reducción de la brecha óptica a 1,27 eV, manteniendo una disociación de excitones ideal y una nanomorfología adecuada.
2. Célula superior de perovskita:
   • Voltaje de circuito abierto de 1,37 V.
   • Factor de llenado del 85,5%.
3. Conexión entre capas: Dos capas con un interconector de óxido conductor transparente (TCO) que integran ambas células.

Resultados y certificación

• 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%.
• Estos resultados representan el rendimiento certificado más alto hasta la fecha entre células perovskita-orgánicas y otras configuraciones similares.

Impacto en los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

Este avance tecnológico tiene un impacto directo en varios ODS:

1. ODS 7: Energía asequible y no contaminante
   • Incrementa la eficiencia de las células solares, promoviendo el acceso a energías limpias y sostenibles.
   • Facilita la producción de energía renovable mediante tecnologías avanzadas y flexibles.
2. ODS 9: Industria, innovación e infraestructura
   • Fomenta la innovación en materiales y procesos de fabricación, como la producción roll-to-roll.
   • Permite la integración en dispositivos portátiles y textiles inteligentes, ampliando aplicaciones tecnológicas.
3. ODS 13: Acción por el clima
   • Contribuye a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero al promover el uso de energías renovables.
   • Apoya la mitigación del cambio climático mediante tecnologías limpias y eficientes.

Aplicaciones y perspectivas futuras

• Las células solares tándem perovskita-orgánicas son flexibles y ligeras, ideales para producción roll-to-roll.
• Permiten la integración en sustratos curvos o textiles, facilitando el desarrollo de parches de salud autoalimentados y textiles inteligentes.
• Son adecuadas para alimentar dispositivos como drones, electrónica portátil y dispositivos habilitados para inteligencia artificial.
• Se espera que las eficiencias superen el 30% en el futuro cercano, ampliando aún más su impacto sostenible.

Publicación y contexto científico

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% para una célula tándem con configuración similar, evidenciando un avance global en esta tecnología.

1. ¿Qué Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) se abordan o están conectados con los temas destacados en el artículo?

1. ODS 7: Energía asequible y no contaminante
   • El artículo trata sobre avances en células solares tándem que mejoran la eficiencia en la conversión de energía solar, promoviendo fuentes de energía limpias y renovables.
2. ODS 9: Industria, innovación e infraestructura
   • El desarrollo de nuevas tecnologías solares y materiales innovadores para mejorar la eficiencia energética se relaciona con la promoción de la innovación tecnológica y la infraestructura sostenible.
3. ODS 13: Acción por el clima
   • El avance en tecnologías solares contribuye a la mitigación del cambio climático al fomentar el uso de energías renovables y reducir la dependencia de combustibles fósiles.
4. ODS 12: Producción y consumo responsables
   • La producción de células solares flexibles y eficientes que pueden integrarse en diversos dispositivos promueve un consumo energético más responsable y sostenible.

2. ¿Qué metas específicas de los ODS se pueden identificar en función del contenido del artículo?

1. Meta 7.2: Aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas.
   • El artículo destaca la mejora en la eficiencia de células solares, lo que facilita un mayor uso de energía solar renovable.
2. Meta 7.a: Promover la investigación y la tecnología en energía limpia y renovable.
   • El desarrollo del dispositivo tándem con nuevas tecnologías orgánicas y de perovskita refleja avances en investigación y tecnología energética.
3. Meta 9.5: Mejorar la investigación científica, la capacidad tecnológica e innovación.
   • El artículo describe innovaciones en materiales y diseño de células solares que aumentan la eficiencia energética.
4. Meta 13.1: Fortalecer la resiliencia y la capacidad de adaptación a los riesgos relacionados con el clima.
   • El impulso a energías renovables contribuye a la mitigación del cambio climático, alineándose con esta meta.
5. Meta 12.2: Lograr la gestión sostenible y el uso eficiente de los recursos naturales.
   • La producción de células solares flexibles y eficientes fomenta un uso más eficiente de recursos energéticos.

3. ¿Hay algún indicador de los ODS mencionado o implícito en el artículo que pueda usarse para medir el progreso hacia los objetivos identificados?

1. Indicador 7.2.1: Proporción de energía renovable en el consumo total de energía final.
   • La mejora en la eficiencia de células solares tándem puede contribuir a aumentar esta proporción.
2. Indicador 7.a.1: Inversiones en investigación y desarrollo en energía limpia y renovable.
   • El artículo describe avances tecnológicos específicos que reflejan inversión en I+D en energía solar.
3. Indicador 9.5.1: Gastos en investigación y desarrollo como proporción del PIB.
   • El desarrollo de nuevas células solares es un ejemplo de innovación tecnológica que puede medirse a través de este indicador.
4. Indicador 13.1.1: Número de muertes, personas desaparecidas y afectados por desastres relacionados con el clima.
   • Aunque no se menciona explícitamente, la adopción de energías renovables contribuye indirectamente a la reducción de riesgos climáticos.
5. Indicador 12.2.1: Materiales utilizados por unidad de producto interno bruto.
   • La eficiencia y flexibilidad de las células solares pueden contribuir a un uso más eficiente de materiales y energía.

4. Tabla: ODS, metas e indicadores

Fuente: pv-magazine-mexico.com