El futuro de la energía solar aprovechando la potencia de las células solares en tándem
Desbloqueo de una mayor eficiencia
La energía solar, la fuente de energía más abundante en la Tierra, es una gran promesa para el cambio global hacia la energía limpia. Sin embargo, las células solares comerciales tradicionales enfrentan una limitación significativa: convierten solo el 20% de la luz solar en energía utilizable. Para abordar esta ineficiencia, los investigadores están explorando células solares en tándem, que apilan varias células solares para capturar una gama más amplia del espectro solar, mejorando así significativamente la eficiencia.
El papel de la perovskita en las células en tándem
Una innovación clave en este campo es el uso de materiales de perovskita para la capa superior de las células solares en tándem. Las perovskitas ofrecen propiedades optoelectrónicas excepcionales, incluidos coeficientes de absorción elevados, alta tolerancia a defectos y anchos de banda ajustables. Estas propiedades permiten que las células solares en tándem basadas en perovskita superen el umbral de eficiencia del 20% de las células solares tradicionales, lo que abre la puerta a niveles de eficiencia mucho más altos.
Superar los desafíos de diseño con IA
El diseño y la fabricación de células solares de perovskita de alta eficiencia es un proceso complejo y costoso. Para encontrar el equilibrio adecuado entre eficiencia y costo, se emplea el método de optimización del frente de Pareto. Sin embargo, este método puede requerir mucho tiempo debido a los cálculos intrincados que implica. Para agilizar este proceso, el Dr. Xue Hansong de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) y su equipo incorporaron el aprendizaje automático a su estrategia de optimización.
Al integrar el aprendizaje de redes neuronales, el Dr. Xue y sus colegas de la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad de Toronto aceleraron drásticamente el proceso de optimización. Su estudio, publicado en la revista APL Machine Learning , utilizó un modelo optoelectrónico-eléctrico para generar datos sobre varias configuraciones de células solares en tándem de perovskita de cobre y seleniuro de indio de cuatro terminales (4T). Estos datos se utilizaron luego para entrenar una red neuronal, lo que le permitió simular y predecir rápidamente la eficiencia de diferentes configuraciones de células solares.
Resultados impresionantes y direcciones futuras
El uso de redes neuronales resultó ser un punto de inflexión. Mientras que los métodos tradicionales habrían tardado aproximadamente seis meses en simular la eficiencia de 3500 dispositivos diferentes, la red neuronal completó la tarea en solo 11 horas. Esta mejora en la eficiencia permitió a los investigadores identificar rápidamente una configuración óptima de células solares en tándem de 4 T con una eficiencia del 30,4 %, una mejora significativa respecto de las células comerciales actuales y con un coste de material reducido en un 50 %.
Este avance tiene implicaciones de largo alcance. Las células óptimas identificadas por la red neuronal presentaban electrodos de contacto frontales más delgados, capas de transporte de portadores de carga y electrodos de contacto posterior, lo que destaca la importancia del transporte de portadores de carga para mejorar el rendimiento de las células en tándem de perovskita.
Ampliando el alcance
El equipo del Dr. Xue no se está durmiendo en los laureles. Planean ampliar su modelo de red neuronal para incorporar diversos datos de materiales, incluidos varios materiales para la capa de transporte de carga y diferentes compuestos de perovskita. También están explorando una gama más amplia de arquitecturas de dispositivos en tándem, como células solares en tándem de perovskita, perovskita sobre material orgánico y perovskita sobre silicio. Esta innovación continua promete hacer que la fabricación de células solares sea más eficiente, rentable y versátil, lo que impulsará aún más las soluciones de energía renovable.
Conclusión
La integración de la IA en el diseño y la optimización de las células solares en tándem supone un avance significativo en la búsqueda de una energía solar más eficiente y rentable. Con los avances en los materiales de perovskita y la aplicación del aprendizaje automático, el futuro de la energía solar parece más brillante que nunca. El trabajo del Dr. Xue y su equipo ejemplifica cómo la tecnología de vanguardia puede impulsar el desarrollo de soluciones energéticas sostenibles, allanando el camino hacia un futuro más limpio y ecológico.
Más Información: https://dx.doi.org/10.1063/5.0187208
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