Las celdas solares tándem de perovskita-silicio se han convertido en un foco de investigación a nivel mundial en el ámbito de la fotovoltaica avanzada, gracias a su potencial para superar el límite teórico de eficiencia de Shockley-Queisser de las celdas solares de unión simple. Las celdas solares tradicionales de silicio enfrentan un estancamiento en eficiencia debido a las pérdidas por relajación térmica de los fotones de longitud de onda corta. Para abordar este desafío, investigadores han propuesto integrar perovskitas de banda ancha con silicio para formar celdas solares tándem, lo que reduce eficazmente las pérdidas por termalización de portadores y maximiza el aprovechamiento de la energía solar, logrando así una eficiencia de conversión de potencia sin precedentes. Estas celdas tándem son ampliamente reconocidas como la próxima generación de tecnología fotovoltaica ultraeficiente.
En los últimos años, las celdas solares tándem de perovskita-silicio han mostrado avances significativos. Sin embargo, las subceldas de perovskita de banda ancha aún enfrentan graves problemas de recombinación no radiativa en las interfaces, especialmente entre la capa de perovskita y la capa de transporte de electrones (ETL), así como por la cobertura no uniforme y la falta de conformidad de la capa de transporte de huecos (HTL) en sustratos texturizados.
En septiembre de 2024, el equipo de investigación en celdas tándem de LONGi publicó un estudio pionero en Nature. Mediante el uso de una capa ultrafina de fluoruro de litio distribuida a escala nanométrica, seguida de la deposición de moléculas de diioduro de diamonio, los investigadores desarrollaron una estrategia de pasivación bicapa entrelazada que permite una extracción eficiente de electrones y suprime la recombinación no radiativa. Este avance llevó la eficiencia de las celdas tándem perovskita-silicio hasta un 33.9%, representando la primera eficiencia certificada en una celda solar tándem de dos uniones que supera el límite de Shockley–Queisser (33.7%) para celdas de unión simple. Este hito marca un logro trascendental en la industria fotovoltaica.
Para abordar la recombinación no radiativa en la interfaz enterrada, el equipo de LONGi colaboró con la Universidad de Soochow para avanzar en el diseño de moléculas orgánicas autoensambladas (SAM) y dispositivos tándem perovskita-silicio. A diferencia de la mayoría de las SAMs basadas en carbazol con estructura simétrica, el equipo de LONGi diseñó una SAM asimétrica (HTL201) con grupos de anclaje de ácido fosfónico y espaciadores flanqueando el anillo fenólico del núcleo de carbazol, actuando como capa selectiva de huecos en las celdas solares perovskita-silicio.
La configuración asimétrica de HTL201 mejora la cobertura y uniformidad sobre sustratos de silicio texturizados, al tiempo que optimiza la alineación de niveles energéticos en la interfaz. Además, la fuerte interacción de coordinación entre HTL201 y la película de perovskita reduce eficazmente la recombinación no radiativa en la interfaz enterrada.
Al integrar HTL201 con celdas inferiores de silicio tipo heterounión texturizadas en ambas caras, el equipo fabricó celdas solares tándem perovskita-silicio con un voltaje impresionante de casi 2 V, alcanzando una eficiencia de conversión de potencia (PCE) certificada de hasta 34.6%. Esta investigación aporta soluciones técnicas clave para el desarrollo de nuevos materiales SAM y el avance de la eficiencia de las celdas tándem.
Este trabajo fue publicado en Nature el 7 de julio de 2025 bajo el título “Efficient perovskite/silicon tandem with asymmetric self-assembly molecule”. El estudio representa un avance fundamental en la ingeniería de interfaces para fotovoltaicos de ultra alta eficiencia.
Poco antes de este logro, LONGi colaboró con el Instituto de Química Aplicada de Changchun, de la Academia China de Ciencias, y otros equipos de investigación, para desarrollar SAMs dirradicales mediante una estrategia de conjugación coplanar de tipo donador-aceptor. Este material muestra propiedades excepcionales de transporte de carga, gran estabilidad estructural en condiciones reales de operación y una uniformidad de ensamblaje superior, lo que permite importantes mejoras en eficiencia y estabilidad de las celdas solares de perovskita. Los resultados de esta investigación fueron publicados en Science el 26 de junio de 2025 bajo el título “Stable and uniform self-assembled organic diradical molecules for perovskite photovoltaics”.
Hasta la fecha, el equipo de investigación tándem de LONGi ha divulgado tres innovaciones clave para la industria fotovoltaica global mediante publicaciones en revistas de primer nivel, correspondientes a sus eficiencias récord certificadas de 33.9%, 34.2% y 34.6% (incluidas en las versiones 63, 64 y 65 de las Solar Cell Efficiency Tables de Martin Green, respectivamente): estrategia de pasivación bicapa interdigitada para interfaces superiores, SAMs estables conjugadas donador-aceptor (D-A), y materiales de transporte de huecos tipo SAM asimétricos.
Esta serie de publicaciones demuestra el modelo de colaboración industria-academia de LONGi con instituciones como la Universidad de Soochow y el Instituto de Química Aplicada de Changchun. Al enfrentar retos tecnológicos clave mediante innovación coordinada, el equipo está realizando contribuciones sustanciales para la construcción de un ecosistema integrado de celdas tándem en China, que conecta industria, academia, investigación y aplicación para un desarrollo sostenible.
Acerca de LONGi
Fundada en el año 2000, LONGi se ha propuesto ser la empresa de tecnología solar líder en el mundo, enfocada en la creación de valor orientada al cliente para lograr la transformación energética para todos los escenarios.
Con la misión de "Aprovechar lo mejor de la energía solar para construir un mundo sostenible", LONGi se ha dedicado a la innovación tecnológica y ha establecido varias líneas de negocio, que abarcan las obleas, las celdas y módulos de monosilicio, las soluciones de generación distribuida para uso comercial e industrial, las soluciones de energía verde y los equipos de hidrógeno. La empresa ha perfeccionado sus capacidades para proporcionar energía renovable y, más recientemente, también ha adoptado productos y soluciones de hidrógeno verde para alcanzar un crecimiento global sin emisiones de carbono. www.longi.com