Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de las Rocosas en Estados Unidos ha desarrollado un marco integral de medición de rendimiento para celdas solares tándem de tres terminales (3-T) y cuatro terminales (4-T), incluyendo dispositivos basados en perovskita. Este avance representa un paso crucial hacia la estandarización de mediciones para estas tecnologías solares emergentes que prometen mayor eficiencia energética.
La necesidad de mediciones estandarizadas
“Nuestro trabajo introduce el primer marco integral de medición de rendimiento específicamente para celdas solares tándem de tres y cuatro terminales, incluyendo dispositivos basados en perovskita”, explicó Tao Song, autor correspondiente de la investigación. “Existe una necesidad urgente de mediciones de rendimiento confiables y estandarizadas para los diseños tándem multi-terminales emergentes”.
El interés en dispositivos 3-T y 4-T está impulsado por su potencial para reducir las restricciones de coincidencia de corriente entre subceldas, mayores rendimientos energéticos del dispositivo, y como una ruta alternativa para combinar materiales fotovoltaicos emergentes como las perovskitas con combinaciones de materiales establecidos como silicio o telururo de cadmio (CdTe).
Metodologías de medición específicas
Para dispositivos de tres terminales
Los investigadores ilustraron los métodos con tres configuraciones diferentes de celdas multi-terminales: dos dispositivos 3-T y un dispositivo 4-T. Para los tándems 3-T, el equipo indicó un protocolo directo cuando ambas subceldas son de respuesta rápida. Sin embargo, para dispositivos con subceldas de respuesta lenta, como aquellos fabricados con un absorbedor de perovskita, se describieron dos métodos de estado estacionario:
- Seguimiento del punto de máxima potencia bidimensional (MPPT) para ambas subceldas
- Un método híbrido que combina MPPT en una subcelda con un escaneo de potencia máxima estabilizada asintótica (PMAX) en la otra
“Ambos enfoques producen resultados equivalentes pero difieren en el tiempo de medición”, señalaron los investigadores.
Para dispositivos de cuatro terminales
Para los tándems 4-T, el equipo describió dos enfoques de medición I-V: escaneos sincronizados con ajuste de espectro o escaneos secuenciales con ajuste de irradiancia individual para cada subcelda. “Cuando están involucradas subceldas de respuesta lenta, deben medirse utilizando métodos de estado estacionario, mientras que las subceldas de respuesta rápida pueden caracterizarse con escaneos I-V convencionales”, explicaron los investigadores.
Implicaciones para la estandarización industrial
“Esperamos que este marco ayude a dar forma a futuros estándares de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) para dispositivos tándem multi-terminales”, afirmó Song. El investigador destacó que el marco se adapta tanto a materiales de respuesta rápida como lenta para tener en cuenta adecuadamente los efectos de acoplamiento eléctrico y óptico entre subceldas.
En la conclusión del estudio, el equipo señaló que no todos los laboratorios de investigación tienen acceso a hardware de ajuste de espectro y capacidades de escaneo sincronizado. Sin tales herramientas, las limitaciones de medición pueden introducir “errores medibles no triviales”. Como resultado, se recomendó pruebas de terceros para establecer registros y mediciones de referencia precisas.
Próximos pasos y aplicaciones futuras
“El siguiente paso es la adopción más amplia y estandarización de estas prácticas de medición. A medida que los dispositivos tándem escalan hacia la fabricación, la calificación de rendimiento consistente y confiable será esencial”, dijo Song. El grupo ahora está extendiendo estos métodos a obleas y módulos de escala industrial, apoyando el desarrollo de futuros estándares internacionales para pruebas fotovoltaicas tándem.
El marco es “ampliamente aplicable, no solo a tándems basados en perovskita, sino también a otras tecnologías solares multi-terminales como III-V, CdTe y tándems basados en silicio”. La investigación detallada se publicó en “Performance measurement of emerging 3- and 4-terminal tandem solar cells” (Medición del rendimiento de celdas solares tándem emergentes de 3 y 4 terminales), publicado por EES Solar. Un equipo del Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM) también participó en el estudio.
