Las células solares tándem de perovskita sobre silicio más eficientes se fabrican mediante procesado en solución, un método que funciona en el laboratorio pero que tiene dificultades en las líneas de producción industrial, donde la uniformidad y la fiabilidad importan más que una cifra récord. La evaporación térmica, la técnica que la industria de los semiconductores ya conoce, debería ser la vía escalable, pero siempre ha topado con un muro: el yoduro de formamidinio, que otorga a las perovskitas sus mejores propiedades, se degrada a las temperaturas necesarias para evaporarlo.
Un equipo liderado por el Instituto de Investigación de Energía Solar de Singapur (SERIS) de la Universidad Nacional de Singapur, con Trina Solar como socio industrial, ha derribado ese muro. En Nature, informan de la síntesis de un eutéctico a base de formamidinio que reduce la temperatura efectiva de evaporación del yoduro de formamidinio en una media de 36 grados Celsius, situándola por debajo de su umbral de degradación. El resultado es una evaporación estable sin daños térmicos, películas con mayor cristalinidad y homogeneidad composicional a escala atómica, y la primera célula tándem de perovskita/silicio de gran área evaporada térmicamente sobre una oblea comercial.
Las cifras que importan
El dispositivo de área pequeña alcanzó una eficiencia en estado estacionario del 31,5 % sobre 1 centímetro cuadrado. Sobre una oblea comercial G12 semicortada de 200 centímetros cuadrados, la tándem llegó al 30,0 %. La pérdida por escalado de 1 a 200 centímetros cuadrados supuso una penalización relativa de eficiencia del 3,99 %, la más baja reportada para tándem basadas en perovskita y un beneficio directo de la uniformidad de película inherente a la evaporación.
La fiabilidad, históricamente el punto débil de las perovskitas, resistió bajo estrés: los dispositivos conservaron el 95 % de la eficiencia inicial tras 2.000 horas de envejecimiento por calor húmedo a 85 grados Celsius y un 85 % de humedad relativa, y mostraron una pérdida de potencia insignificante tras dos meses de operación a la intemperie. El hito, señalan los autores, no es solo la eficiencia, sino la prueba de que un método de deposición compatible con la industria puede sostenerla.
Por qué el eutéctico es la clave
El yoduro de formamidinio, el catión del sitio A que confiere a las perovskitas basadas en formamidinio su superior estabilidad térmica y su banda prohibida, tiene una temperatura de evaporación elevada y se descompone antes de evaporarse limpiamente. Un eutéctico, una mezcla cuyo punto de fusión es inferior al de cualquiera de sus componentes, cambia la termodinámica. Al formar un eutéctico a base de formamidinio, el equipo redujo la temperatura efectiva de evaporación en 36 grados, manteniendo el material por debajo de su umbral de degradación durante la deposición.
La elección del material no fue arbitraria. El trabajo se apoya en el impulso más amplio hacia las perovskitas de haluro metálico de formamidinio y cesio y en la observación de que la pérdida de volátiles y la segregación catiónica bajo operación a alta temperatura son las principales amenazas para la estabilidad. Al resolver el problema de la evaporación en su origen, el equipo logró que el resto del proceso (crecimiento de la película, ingeniería de interfaces, integración de la célula) se comportara como una tecnología de fabricación madura.
Lo que significa
La importancia es industrial. El procesado en solución de las tándem de perovskita/silicio ha producido las eficiencias destacadas de los últimos años, pero las líneas de fabricación favorecen la evaporación, que ya se utiliza en las industrias consolidadas de la fotovoltaica y las pantallas y ofrece un mejor control del espesor en grandes áreas. Este artículo demuestra que la brecha de rendimiento entre las dos vías puede cerrarse y que la vía evaporada aporta una ventaja de escalado de área.
El diseño de célula tándem apila una célula de perovskita sobre una célula de silicio para captar más espectro solar. Con una eficiencia del 30 % demostrada sobre una oblea de tamaño comercial y estabilidad al calor húmedo a las 2.000 horas, la tecnología supera dos de los tres obstáculos (rendimiento y durabilidad) que han mantenido las tándem de perovskita fuera de la producción en volumen. El tercero, el coste a escala, es donde más ayuda la familiaridad industrial de la evaporación.
En el trabajo participaron colaboradores de Singapur, China y Estados Unidos, entre ellos IMRE de A*STAR, la Universidad de Pekín, la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China, el Instituto de Física de Altas Energías de la Academia China de Ciencias, la Universidad de Soochow y la computación vinculada a Caltech del grupo de Wan-Jian Yin. El artículo se publica como manuscrito de acceso anticipado, lo que significa que se someterá a una edición final antes de su publicación definitiva.
Traducido por Alessandra
Fuentes
- Luo, C., He, R., Ran, L., Hu, J., Wang, Y. et al. “Thermally evaporated perovskite/silicon tandems via formamidinium eutectic.” Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10970-1