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Estado de desarrollo y tendencias de los nuevos materiales de células solares
I. Células solares de perovskita
Características y ventajas del material
Los materiales de perovskita tienen un elevado coeficiente de absorción, una larga longitud de difusión del portador y una baja tasa de recombinación no radiativa, y la eficiencia de laboratorio ha superado el 30%17.Su proceso de preparación es simple (método de solución o deposición de vapor), el coste es menor que el de las células de silicio cristalino, y el intervalo de banda (1,2 a 2,3 eV) se puede ajustar por componentes, lo que es adecuado para el diseño de apilamiento de múltiples uniones.

Desarrollo de la aplicación:El equipo del Instituto de Tecnología de Beijing resolvió el problema de la película de perovskita de banda ancha desigual agregando alquilaminas de cadena larga y preparó un prototipo de célula de apilamiento de alta eficiencia.
Desafíos y direcciones de mejora
Estabilidad: es fácilmente afectado por la humedad, la luz ultravioleta y la temperatura,y la vida útil debe mejorarse mediante pasivación de interfaces y tecnología de envasado (como envases de vidrio/polímero).
Protección del medio ambiente: las perovskitas a base de plomo son tóxicas y la investigación se ha centrado en las perovskitas sin plomo (como las a base de cesio-estano)16.
Propiedades y aplicaciones de los materiales
Los materiales orgánicos (como los polímeros y las moléculas pequeñas) son ligeros, flexibles y procesables en solución, lo que los hace adecuados para la preparación de dispositivos transparentes / flexibles.La célula solar orgánica de electrodos de grafeno desarrollada por el MIT tiene una alta conductividad y transparencia óptica y puede fijarse en ventanas y superficies de automóviles.

Progreso de la eficiencia: la eficiencia del laboratorio alcanza el 19%, pero la eficiencia disminuye significativamente cuando se prepara a gran escala.
Optimización técnica
Ingeniería de interfaces: Optimizar el emparejamiento de materiales donantes y aceptadores a través del diseño molecular para mejorar la movilidad del portador.
Estructura del dispositivo: las células solares orgánicas invertidas (aceptores ITIC) pueden reducir la pérdida de energía6.
3. Células solares sensibles a los tintes (DSSC)
Ventajas principales
Utilizando capas sensibles a los tintes (como complejos de rutenio), semiconductores de dióxido de titanio y electrolitos de yodo, puede funcionar en condiciones de luz débil, y es de bajo costo y respetuoso con el medio ambiente.

Dirección de la innovación: los colorantes cuánticos de punto (como el sulfuro de plomo) pueden ampliar el rango de absorción espectral y aumentar la eficiencia hasta un 12%.
Los desafíos
El electrolito es propenso a fugas, por lo que es necesario desarrollar alternativas sólidas de electrolitos6.

IV. Otros materiales de vanguardia
Células solares nanocristalinas
Los materiales nanocristalinos (como los puntos cuánticos) tienen una alta eficiencia cuántica, con una eficiencia teórica superior al 30%, pero el problema de los defectos de la interfaz de granos debe resolverse.

Células en capas y con múltiples uniones

Perovskita/laminado de silicio cristalino: la eficiencia teórica supera el 30%, el silicio cristalino absorbe la luz de onda larga y la perovskita captura la luz de onda corta.

Célula de triple unión: La estructura GaInP/GaAs/Ge tiene una eficiencia del 33%, adecuada para la industria aeroespacial.

Nuevos materiales cuánticos.
El material de "estado de banda intermedia" desarrollado por la Universidad de Lehigh logra una eficiencia cuántica externa del 190% a través de la intercalación de cobre, rompiendo el límite teórico de Shockley-Queisser.

V. Tendencias y retos futuros
Dirección técnica

Legero y flexible: Desarrollar materiales fotovoltaicos portátiles e integrados en los edificios (como vidrio fotovoltaico transparente y baldosas fotovoltaicas).

Protección del medio ambiente y bajo coste: promover perovskitas libres de plomo y materiales orgánicos de base biológica.
Cuello de botella industrial

Producción a gran escala: necesidad de resolver el problema de la atenuación de la eficiencia durante la preparación a gran escala (como el proceso de impresión de perovskita).
Verificación de la estabilidad: necesidad de aprobar el ensayo estándar IEC (como el envejecimiento por calor/luz)