La ciencia y tecnología fotovoltaicas siguen avanzando a la par del impresionante desarrollo de sus aplicaciones, pues en al terminar el 2017 se llegó a un total de casi 100 GW de potencia instalada, partiendo de los 77 GW que existían a inicios del pasado año.
En el lado científico y tecnológico también se han logrado excelentes resultados, demostrando de esta forma que la investigación en nuevos materiales para la conversión fotovoltaica, nuevos dispositivos y el mejoramiento de los dispositivos y materiales ya existentes es una de las áreas de investigación mas activas.
La última edición de la tabla de récords de eficiencia de laboratorio en celdas solares y módulos fotovoltaicos así lo demuestra. Esta tabla se publica semestralmente por la revista científica especializada Progress in Photovoltaics, y la publicada en el número de enero del 2018 es ya la versión número 51. En resumen les mostramos los 10 nuevos récords de eficiencia de laboratorio, publicados el pasado diciembre para diferentes tipos de tecnologías de celdas solares y módulos fotovoltaicos, que fueron logrados por institutos de investigación y empresas de Europa, Asia y América.
Silicio cristalino:
1- Se obtuvo un récord de eficiencia del 22.3% para una celda de 4 cm2 de área de silicio multicristalino de tipo n, fabricada por el instituto alemán Fraunhofer ISE.
2- Récord de eficiencia para celdas solares de silicio monocristalino de 25.8%, también con la configuración de base tipo n, área de 4 cm2 y con contactos en las caras anterior y posterior. Este récord con contactos diseñados de la forma tradicional también fue obtenido por el instituto alemán Fraunhofer ISE.
3- Fue lograda una eficiencia del 22.0% para una celda de área grande de 246 cm2 tipo p de silicio multicristalino con la tecnología PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) por la empresa china Jinko Solar.
Perovskitas:
4- Una eficiencia inicial del 20.9% fue medida para una celda de perovskita de un área de 1 cm2 producida por el Instituto Coreano de Investigaciones en Tecnología Química (Korean Research Institute of Chemical Technology). Es de destacar que en este tipo de celdas se habla de eficiencia inicial pues las perovskitas sufren una degradación muy grande en un intervalo de tiempo corto que puede llegar a ser de varias horas.
5- Se midió una eficiencia del 22.7% para una celda de pequeña área (0.09 cm2) de perovskita de haluros de plomo también realizada por el Instituto Coreano de Investigaciones en Tecnología Química (Korean Research Institute of Chemical Technology).
Materiales III-V:
6- En el instituto alemán Fraunhofer ISE se alcanzó un récord de eficiencia del 33.3% para una celda tándem o multiunión de dos terminales y tres uniones p-n fabricada con los materiales GaInP/GaInAs unida a la oblea de una celda de silicio monocristalino.
7- Se obtuvo un 32.8% para una celda tándem monolítica de dos uniones y dos terminales, de un área de 1 cm2 a fabricada de GaInP/GaAs fabricada por la compañía coreana LG Electronics.
8- Se reportó una eficiencia del 25.1% para un módulo de arseniuro de galio (GaAs) de un área de 866 cm2 por la compañía norteamericana Alta Devices.
9- Un 32.6% de eficiencia para una celda de área pequeña (0.25 cm2) fabricada de GaInAsP/GaInAs de tipo tándem, monolítica, 2-uniones, 2-terminales, fabricada por el National Renewable Energy Laboratory (NREL) de Estados Unidos.
10- También el NREL mejoró la eficiencia de una celda tándem con concentración solar, de área pequeña, 2 uniones, 2 terminales de GaInAsP/GaInAs hasta el 35.5% bajo concentración de 38 soles (irradiancia directa de 38 kW/m2).
Progreso de las eficiencias de laboratorio en los últimos 25 años
Las mejoras en las eficiencias de conversión de los dispositivos fotovoltaicos en los últimos 25 años, desde que comenzaron a ser publicadas por Progress in Photovoltaics en el año 1993, han experimentado un impresionante avance. Estos récords son únicamente publicados en las tablas de Progress in Photovoltaics cuando las celdas y módulos son medidos alguno de los laboratorios acreditados para este trabajo en todo el mundo, los cuales son:
- National Renewable Energy Laboratory (NREL), en Golden, Colorado, Estados Unidos.
- Newport PV Lab, en Bozeman, Montana, Estados Unidos.
- Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, en Freiburg, Alemania.
- Institut für Solarenergieforschung GmbH (ISFH), Calibration and Test Center (CalTeC), Solar Cells Laboratory, localizado en Emmerthal, Alemania.
- National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST), en Tsukuba, Ibaraki, Japón.
- Japan Electrical Safety & Environment Technology Laboratories (JET), en Yokohama-shi, Kanagawa, Japón.
- el European Solar Test Installation (ESTI), localizado en Ispra (Varese), Italia.
En la figura siguiente se muestra el considerable avance para celdas solares que operan sin concentración solar (1 sol) (gráfico A) y módules (gráfico B), y también se muestra el avance en las celdas que operan bajo condiciones de concentración de la luz solar (gráfico C).
Progreso de las eficiencias de conversión en los últimos 25 años. Referencia: Progress in Photovoltaics: Research and Applications Volume 26, Issue 1, pages 3-12, 14 DEC 2017 DOI: 10.1002/pip.2978
Mientras que para las celdas de 1 sol y áreas mayores a 1 cm2, las fabricadas en base a perovskitas y las de CdTe han tenido el avance mas notable en los últimos años, también han habido muchos avances para las celdas basadas en CIGS, y las de silicio mono- and multi-cristalino. Los módulos, a su vez, han tenido un desarrollo similar. En el campo de las celdas monolíticas bajo concentración solar el mayor avance ha sucedido en los años más recientes.
