Las Japonesas NEDO y Panasonic Logran la mayor eficacia de conversión del mundo, 16,09 %, para el módulo de células solares de perovskita de mayor superficie

Panasonic Corporation ha logrado la mayor eficacia de conversión de energía del mundo, de 16,09 %, para un módulo solar de perovskita (área de apertura 802 cm²: 30 cm de largo x 30 cm de ancho x 2 mm de espesor) mediante el desarrollo de una tecnología ligera que utiliza un sustrato de vidrio y un método de revestimiento de gran superficie basado en la impresión por chorro de tinta. Esto se ha conseguido como parte del proyecto de la Organización para el Desarrollo de Nuevas Energías y Tecnologías Industriales (New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO), que trabaja en el "Desarrollo de tecnologías para reducir los costos de generación energética para la generación de energía fotovoltaica de alto rendimiento y alta fiabilidad", a fin de promover la adopción generalizada de la generación de la energía solar.

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Perovskite module with the world's highest conversion efficiency among that of the same size (Photo: Business Wire)

Este método de recubrimiento basado en chorro de tinta que puede cubrir un área grande reduce los costos de fabricación de los módulos. Además, este módulo de gran área, peso ligero y alta eficacia de conversión, permite generar energía solar de manera muy eficaz en lugares donde los paneles solares convencionales eran difíciles de instalar, tales como las fachadas.

De cara al futuro, NEDO y Panasonic continúan mejorando los materiales de la capa de perovskita, con el objetivo de lograr una alta eficacia comparable a la de las células solares de silicio cristalino y establecer tecnologías para la aplicación práctica en nuevos mercados.

1. Contexto
Las células solares de silicio cristalino, que fueron usadas con mayor amplitud en el mundo, han encontrado mercados en el Japón, en sectores como las instalaciones megasolares, residenciales, de fabricación y públicas. Para incursionar más en estos mercados y para asegurar otros nuevos, resulta crucial hacer que los módulos solares sean más livianos y grandes.

Las células solares de perovskita^*1 tienen una ventaja estructural, ya que su grosor, incluida una capa de generación de energía, es solo una centésima parte de las células solares de silicio cristalino, por lo que los módulos de perovskita pueden ser más livianos en peso que los módulos de silicio cristalino. La propiedad de peso ligero permite varios estilos de colocación, como la instalación en fachadas y en ventanas mediante el uso de electrodos conductores transparentes, lo que puede conducir a la adopción generalizada de edificios de energía neta cero (ZEB^*2). Además, como cada capa puede recubrirse directamente sobre los sustratos, pueden producirse más baratos, en comparación con la tecnología de proceso convencional. Esta es la razón por la que las células solares de perovskita están recibiendo atención como células solares de próxima generación.

Además, a pesar de que la tecnología de perovskita logró una eficacia de conversión de energía del 25,2 %^*3, comparable a las células solares de silicio cristalino, en células de tamaño pequeño, resultó muy difícil depositar materiales de manera uniforme por toda el área grande usando tecnología convencional. Como resultado, la eficacia de conversión de energía se inclinó a disminuir.   

En este contexto, la NEDO está trabajando en el proyecto "Desarrollo de tecnologías para reducir los costos de generación de energía para la generación de energía fotovoltaica de alto rendimiento y de alta confiabilidad"^*4 para promover una mayor adopción de la generación de energía solar. Como parte de este proyecto, Panasonic ha desarrollado una tecnología liviana que utiliza sustratos de vidrio y un método de recubrimiento de gran área basado en el método de inyección de tinta que incluye la producción y el ajuste de tinta aplicada al sustrato del módulo de células solares de perovskita. A través de estas tecnologías, Panasonic ha logrado la eficacia de conversión de energía más alta del mundo de 16,09 %^*5 para el módulo de células solares de perovskita (área de apertura 802 cm ²: 30 cm de largo x 30 cm de ancho x 2 mm de espesor).

Además, la adopción de un método de recubrimiento de área grande que utiliza el método de inyección de tinta en el proceso de fabricación permite la reducción de costos, y las características de eficacia de área grande, peso ligero y alta conversión de este módulo, permiten la generación de energía solar de alta eficacia en lugares donde los paneles solares convencionales eran difíciles de instalar, como en fachadas.

Al mejorar los materiales de la capa de perovskita, Panasonic apunta a lograr una alta eficacia comparable con la de las células solares de silicio cristalino y a establecer tecnologías para su aplicación práctica en nuevos mercados.

2. Resultado
Al centrarse en el método de recubrimiento por inyección de tinta que permite que la materia prima se recubra de forma precisa y uniforme, Panasonic aplicó esa tecnología a cada capa de la célula solar, incluida la capa de perovskita sobre sustrato de vidrio y se dio cuenta de la alta eficacia de conversión de energía para un módulo de área grande.

[Punto de desarrollo técnico]
(1) Mejora del componente del precursor de perovskita para un recubrimiento de inyección de tinta adecuado
Entre los grupos atómicos que formaron el cristal de perovskita, la metilamina tiene problemas de estabilidad térmica en el proceso de calentamiento durante la producción del módulo (el calor elimina la metilamina del cristal de perovskita y, como resultado, se destruye una cierta parte del cristal). Al alterar cierta parte de la metilamina en formamidinio, cesio y rubidio que tienen un tamaño de diámetro de átomo apropiado, se reveló que este método es eficaz para la estabilización de los cristales y que contribuye a una eficacia de conversión de alta potencia.

(2) Control de concentración, cantidad de recubrimiento y velocidad de recubrimiento de tinta de perovskita
Dentro del proceso de formación de película delgada con el método de recubrimiento por inyección de tinta, existe la flexibilidad para el patrón de recubrimiento, mientras que el patrón de puntos del material y la uniformidad de cristalización sobre la superficie de cada capa son esenciales. Para satisfacer estos requisitos, al ajustar la concentración de tinta de perovskita a cierto contenido y al controlar con precisión la cantidad y la velocidad del recubrimiento durante el proceso de impresión, se dieron cuenta de la alta eficacia de conversión de energía del módulo de área grande.

Mediante la optimización de estas tecnologías a través del proceso de recubrimiento en la formación de cada capa, Panasonic tuvo éxito en aumentar el crecimiento de los cristales y en mejorar la uniformidad del espesor y de la capa de cristal. Como resultado, lograron una eficacia de conversión de energía del 16,09 % y dieron un paso al frente hacia la aplicación práctica.

3. El plan en lo sucesivo
Al darse cuenta de un costo de proceso más bajo y liviano para un módulo de perovskita de gran área, NEDO y Panasonic Corporation planearán crear un nuevo mercado en el que las células solares nunca se hayan colocado ni adoptado. Sobre la base del desarrollo de cada material relacionado con las células solares de perovskita, NEDO y Panasonic apuntan a lograr una alta eficacia comparable con la de las células solares de silicio cristalino y a mejorar el esfuerzo para reducir el costo de producción a 15 yenes/W.

Estos resultados fueron publicados en IPEROP20 (Conferencia Internacional Asia-Pacífico sobre Perovskita, Fotovoltaica Orgánica y Optoelectrónica) que se celebra en el Centro internacional de conferencias de Tsukuba.
URL: https://www.nanoge.org/IPEROP20/program/program

[Anotación]
*1 Células solares de perovskita
Una célula solar cuya capa absorbente de luz está compuesta de cristales de perovskita.
*2 Edificio de energía neta cero
El Edificio de energía neta cero (Net Zero Energy Building, ZEB) es un edificio no residencial que, al colocar un sistema de control de carga de energía y de alta eficacia, mantiene la calidad del ambiente interior, y logra ahorros de electricidad y energía renovable; en resumen, apunta a hacer que el balance primario anual de energía sea cero.
*3 Eficacia de conversión de energía 25,2 %
La eficacia récord mundial de conversión de energía de células de área pequeña fue coeditada por el Instituto de Investigación de Tecnología Química de Corea (Korea Research Institute of Chemical Technology, KRICT) y por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology, MIT).
Mejor investigación, eficacia celular (Rev.11-05-2019) - NREL
*4 Desarrollo de tecnologías para reducir los costos de generación de energía para la generación de energía fotovoltaica de alto rendimiento y de alta confiabilidad
- Nombre del proyecto: Desarrollo de tecnologías para reducir los costos de generación de energía para la generación de energía fotovoltaica de alto rendimiento y de alta confiabilidad/Investigación y desarrollo de células solares innovadoras de nueva estructura / Investigación y desarrollo de producción innovadora de bajo costo
- Periodo del proyecto: 2015-2019 (año anual)
- Referencia: Nota de prensa de NEDO de 18 de junio de 2018: "El módulo fotovoltaico de perovskita basado en película más grande del mundo"
https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100391.html
*5 Eficacia de conversión de energía 16,09 %
Valor de eficiencia medido por el MPPT (Método de seguimiento del punto de máxima potencia: un método de medición que está más cerca de la eficacia de conversión en el uso real) del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada.

Acerca de Panasonic
Panasonic Corporation es líder a nivel mundial en el desarrollo de diversas tecnologías electrónicas y soluciones para clientes de las industrias de electrónica de consumo, inmobiliaria, automotriz y negocios B2B. La empresa, que celebró su aniversario n.° 100 en 2018, se ha expandido por el mundo y, en la actualidad, opera 582 subsidiarias y 87 empresas asociadas a nivel global, lo que registró ventas netas consolidadas de 8003 billones de JPY para el año que finalizó el 31 de marzo de 2019. La compañía está comprometida con la búsqueda de nuevos valores a través de la innovación en todas las líneas divisionales y utiliza sus tecnologías para crear una vida y un mundo mejor para sus clientes. Para obtener más información sobre Panasonic, ingrese a: https://www.panasonic.com/global.

Acerca de la NEDO:
La NEDO (Organización de Desarrollo de Nuevas Tecnologías Energéticas e Industriales) desempeña un papel importante en las políticas económicas y de industrialización del Japón a través de la financiación de actividades de desarrollo tecnológico. La NEDO también actúa como un acelerador de innovación para realizar sus dos misiones básicas de abordar los problemas energéticos y ambientales globales y mejorar la tecnología industrial.
Para obtener más información sobre la NEDO: https://www.nedo.go.jp/english/introducing_index.html

Fuente: https://news.panasonic.com/global/press/data/2020/02/en200207-2/en200207-2.html

Enlaces relacionados
Organización de Desarrollo de Nuevas Tecnologías Energéticas e Industriales (NEDO)
https://www.nedo.go.jp/english/

Resumen del área de Investigación y Desarrollo de Panasonic
https://www.panasonic.com/global/corporate/technology-design/r-and-d.html

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