Células solares resisten el estrés por sombra con 97% de eficiencia intacta

Los paneles solares acaban rutinariamente en sombra parcial por árboles, nubes, aves o edificios. En los diseños solares de capa delgada, eso puede provocar estrés por polarización inversa—una tensión negativa que reduce el rendimiento y puede dañar permanentemente los módulos. Investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) dicen que han fabricado células solares tándem perovskita-orgánicas (POTSCs) que aguantan mucho mejor en esas condiciones.

Según el equipo, los dispositivos tándem conservaron más del 90% de su eficiencia inicial de generación de energía incluso bajo un sesgo inverso extremo de -40 V. También mantuvieron el 90% de su eficiencia inicial tras funcionar continuamente a -20 V durante 12 horas, y el 97% después de 2,000 horas a -4.5 V. Los investigadores afirman que eso supera a las tecnologías solares de capa delgada existentes.

Los enfoques de capa delgada como telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), perovskita y las células solares orgánicas son atractivos porque son ligeros, flexibles y relativamente baratos de fabricar. Pero comparten una debilidad: sus propiedades de conducción híbrida electrón-ion hacen que sean vulnerables cuando parte de una celda está en sombra y se desarrolla una tensión negativa.

Qué causa el daño

El equipo de PolyU atribuyó el daño por polarización inversa en las células solares orgánicas (OSCs) a estados trampa profundos en la heterounión a granel, la capa activa formada por la mezcla de dos materiales. Estos defectos pueden inmovilizar a los portadores de carga, reduciendo la eficiencia y provocando la degradación.

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Al suprimir agregados aislados de aceptores en la región de mezcla donante-aceptor, dicen los investigadores que redujeron esos defectos y produjeron OSCs con una tensión de ruptura irreversible superior a -35 V. Eso significa que las celdas no se dañan de forma permanente siempre que la tensión negativa se mantenga por debajo de -35 V.

El profesor Li Gang, catedrático de tecnología de conversión de energía en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de PolyU, dijo que el trabajo aborda un problema que a menudo se pasa por alto.

«Hemos logrado avances importantes en la estabilidad de las OSC y las POTSC bajo condiciones desafiantes de polarización inversa. Nuestra investigación aporta contribuciones innovadoras a la comprensión tanto del funcionamiento de los dispositivos como de su durabilidad en las tecnologías solares orgánicas y de perovskita.»

Eficiencia por encima del 26%

El estudio, publicado en Nature Materials con el título «Perovskite–organic tandem solar cells with superior reverse-bias stability», también encontró que suprimir el tunelado inverso en las células tándem perovskita-orgánicas inorgánicas n-i-p permitió que la capa orgánica protegiera la capa de perovskita.

Las últimas POTSC n-i-p alcanzaron una eficiencia de conversión de energía superior al 26%. En trabajos anteriores publicados en Nature Energy en 2025, el equipo de Li informó 25.9% de eficiencia, con 25.1% certificada, utilizando modulación de contacto inferior.

El primer autor del artículo en Nature Materials es el Dr. Huang Jiaming, investigador posdoctoral en PolyU. Han Yu, estudiante de doctorado en el mismo departamento, fue primer autor del artículo en Nature Energy, mientras que el Dr. Ren Zhiwei, profesor asistente de investigación, es coautor correspondiente en ambos.

Li dijo que la resistencia a la sombra también se ha demostrado en minimódulos escalables, acercando la tecnología a un despliegue práctico.

«La excepcional estabilidad frente a polarización inversa en condiciones de sombra se ha demostrado de forma contundente en minimódulos escalables de células solares tándem perovskita-orgánicas. Esto representa un avance significativo, allanando el camino hacia un futuro sostenible y eficiente impulsado por sistemas de energía renovable.»