Es com\u00fan que los paneles solares queden a la sombra de \u00e1rboles, nubes, p\u00e1jaros o edificios. Sin embargo, en las tecnolog\u00edas solares de pel\u00edcula delgada, dicha sombra puede provocar que las zonas sombreadas desarrollen una tensi\u00f3n inversa (voltaje negativo), lo que puede reducir la eficiencia de generaci\u00f3n de energ\u00eda e incluso da\u00f1ar los m\u00f3dulos de c\u00e9lulas solares.<\/p>\n\n\n\n
Un equipo de investigaci\u00f3n de la Universidad Polit\u00e9cnica de Hong Kong (PolyU) ha desarrollado una nueva generaci\u00f3n de c\u00e9lulas solares en t\u00e1ndem org\u00e1nicas-perovskita (POTSC) que no solo ofrecen una alta eficiencia de generaci\u00f3n de energ\u00eda, sino que tambi\u00e9n resisten eficazmente los da\u00f1os causados \u200b\u200bpor voltajes negativos. Incluso bajo una polarizaci\u00f3n inversa extrema de -40 V, los dispositivos en t\u00e1ndem conservan m\u00e1s del 90% de su eficiencia inicial de generaci\u00f3n de energ\u00eda, superando con creces todas las tecnolog\u00edas solares de pel\u00edcula delgada existentes, lo que representa un paso clave hacia la aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica de la tecnolog\u00eda solar de pel\u00edcula delgada. Las tecnolog\u00edas solares de pel\u00edcula delgada, como el telururo de cadmio (CdTe), el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), la perovskita y las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas, ofrecen ventajas distintivas, entre las que se incluyen ligereza, flexibilidad y una fabricaci\u00f3n rentable. <\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, estos materiales comparten una debilidad com\u00fan: debido a sus propiedades de conducci\u00f3n h\u00edbrida electr\u00f3n-i\u00f3n, una vez que una celda solar se encuentra parcialmente sombreada y genera voltaje negativo, mantener un rendimiento sostenido se vuelve dif\u00edcil e incluso los componentes pueden da\u00f1arse. Por lo tanto, la capacidad de resistir la polarizaci\u00f3n inversa es clave para determinar si la tecnolog\u00eda solar de pel\u00edcula delgada es duradera y capaz de operar de manera estable a largo plazo.<\/p>\n\n\n\n
Las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas (OSC) han experimentado avances significativos en eficiencia y durabilidad en los \u00faltimos a\u00f1os. Sin embargo, su comportamiento bajo polarizaci\u00f3n inversa y los mecanismos subyacentes de transporte de carga en las heterouniones masivas (la capa activa generadora de energ\u00eda dentro de la c\u00e9lula, formada por la mezcla de dos materiales) siguen siendo en gran medida desconocidos.<\/p>\n\n\n\n
Subsanar estas lagunas de conocimiento es un paso indispensable para la aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica de la tecnolog\u00eda solar de pel\u00edcula delgada. El profesor Li Gang, catedr\u00e1tico de tecnolog\u00eda de conversi\u00f3n de energ\u00eda en el Departamento de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Electr\u00f3nica de la Universidad Polit\u00e9cnica de Hong Kong (PolyU), profesor Sir Sze-yuen Chung de Energ\u00eda Renovable y director asociado del Instituto de Investigaci\u00f3n de Energ\u00eda Inteligente (RISE) de la PolyU, y su equipo de investigaci\u00f3n han abordado el aspecto, a menudo pasado por alto pero fundamental, de la polarizaci\u00f3n inversa.<\/p>\n\n\n\n
Li afirm\u00f3: “Hemos logrado avances importantes en la estabilidad de las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas (OSC) y las c\u00e9lulas solares de perovskita (POTSC) en condiciones exigentes de polarizaci\u00f3n inversa. Nuestra investigaci\u00f3n aporta contribuciones revolucionarias a la comprensi\u00f3n del funcionamiento y la durabilidad de los dispositivos en las tecnolog\u00edas solares org\u00e1nicas y de perovskita”.<\/p>\n\n\n\n
La raz\u00f3n por la que las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas se da\u00f1an bajo polarizaci\u00f3n inversa radica en defectos conocidos como estados trampa profundos dentro de la heteroestructura del material. Estas trampas invisibles en el material de la c\u00e9lula solar inmovilizan las cargas responsables de la generaci\u00f3n de energ\u00eda, lo que reduce la eficiencia de la c\u00e9lula e incluso puede causar da\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n
El equipo logr\u00f3 un avance significativo mediante enfoques innovadores e intervenciones estrat\u00e9gicas. Al suprimir los c\u00famulos de aceptores aislados dentro de la regi\u00f3n de mezcla donador-aceptor (el \u00e1rea en el n\u00facleo generador de energ\u00eda de la celda donde se mezclan los dos materiales responsables de liberar y recibir cargas), el equipo minimiz\u00f3 los defectos mencionados anteriormente y desarroll\u00f3 c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas de alto rendimiento con un voltaje de ruptura irreversible superior a -35 V.<\/p>\n\n\n\n
En otras palabras, siempre que el voltaje negativo no supere los -35 V, la celda no sufrir\u00e1 da\u00f1os permanentes. Esto mejora sustancialmente la resistencia a los da\u00f1os y establece un nuevo referente en cuanto a la eficiencia y estabilidad de las celdas solares org\u00e1nicas.<\/p>\n\n\n\n
El estudio demuestra que, al suprimir el efecto t\u00fanel inverso (fen\u00f3meno por el cual, cuando una c\u00e9lula solar est\u00e1 a la sombra, la corriente fluye en sentido inverso, generando un voltaje negativo y da\u00f1ando la c\u00e9lula) en c\u00e9lulas solares t\u00e1ndem org\u00e1nicas-inorg\u00e1nicas de perovskita nip, las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas protegen eficazmente la capa de perovskita. Incluso tras la exposici\u00f3n a una polarizaci\u00f3n inversa extrema de -40 V, los dispositivos t\u00e1ndem conservaron m\u00e1s del 90% de su eficiencia inicial.<\/p>\n\n\n\n
Adem\u00e1s, estas c\u00e9lulas solares en t\u00e1ndem demostraron ser muy estables: tras un funcionamiento continuo a -20 V durante 12 horas, conservaron el 90 % de su eficiencia inicial, y tras un funcionamiento continuo a -4,5 V durante 2000 horas, conservaron hasta el 97 % de su eficiencia inicial, superando con creces todas las tecnolog\u00edas solares de pel\u00edcula delgada existentes.<\/p>\n\n\n\n
La investigaci\u00f3n se ha\u00a0publicado<\/a>\u00a0en el art\u00edculo “Celdas solares en t\u00e1ndem de perovskita-org\u00e1nicas con estabilidad superior a polarizaci\u00f3n inversa”, en\u00a0Nature Materials.<\/p>\n\n\n\n El estudio proporciona una comprensi\u00f3n integral de los mecanismos de transporte de carga inversa en c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas de heterouni\u00f3n masiva, supera la inestabilidad de polarizaci\u00f3n inversa en c\u00e9lulas solares basadas en perovskita y proporciona directrices fundamentales para el desarrollo de POTSC robustas.<\/p>\n\n\n\n En investigaciones anteriores, Li y su equipo demostraron que las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas de perovskita (POTSC) inorg\u00e1nicas n-i-p alcanzaron una impresionante eficiencia de conversi\u00f3n de potencia (PCE) del 25,9% (certificada en 25,1%) mediante la modulaci\u00f3n de contactos inferiores, con una estabilidad mejorada en diversas condiciones. Dicho\u00a0estudio<\/a>\u00a0se public\u00f3 en\u00a0Nature Energy\u00a0en 2025.<\/p>\n\n\n\n En el estudio m\u00e1s reciente, las c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas de nip tambi\u00e9n demostraron una eficiencia de conversi\u00f3n de potencia (PCE) superior al 26%, junto con una estabilidad de polarizaci\u00f3n inversa sin precedentes, lo que impulsa su desarrollo hacia aplicaciones pr\u00e1cticas. El Dr. Huang Jiaming, investigador postdoctoral, y Han Yu, estudiante de doctorado, ambos del Departamento de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Electr\u00f3nica de la Universidad Polit\u00e9cnica de Hong Kong (PolyU), son los primeros autores de los art\u00edculos publicados en\u00a0Nature Materials\u00a0y\u00a0Nature Energy, respectivamente. El Dr. Ren Zhiwei, profesor asistente de investigaci\u00f3n en el mismo departamento, es coautor correspondiente de ambas publicaciones.<\/p>\n\n\n\n Li a\u00f1adi\u00f3: “La excepcional estabilidad a polarizaci\u00f3n inversa en condiciones de sombreado se ha demostrado claramente en minim\u00f3dulos solares t\u00e1ndem de perovskita-org\u00e1nicos escalables. Esto supone un importante avance, allanando el camino hacia un futuro sostenible y eficiente impulsado por sistemas de energ\u00eda renovable”.<\/p>\n\n\n\nProgreso hacia m\u00f3dulos pr\u00e1cticos<\/h2>\n\n\n\n