En el campo de la energía verde, los científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han logrado un gran avance. El equipo liderado por el profesor asistente Yi Hou ha demostrado exitosamente una celda solar en tándem perovskita-orgánica que alcanza una eficiencia de conversión de energía del 26,4 % en un área efectiva de 1 cm², estableciendo un récord mundial y convirtiéndose en el dispositivo de su tipo con el mejor rendimiento. Este logro se publicó en la revista Nature el 25 de junio de 2025.

Este avance se debe a un nuevo diseño de capa absorbente orgánica de banda estrecha. A lo largo del tiempo, la capacidad de recolección de fotones en el infrarrojo cercano ha sido un cuello de botella en el desarrollo de celdas solares en tándem de película delgada, y la nueva capa absorbente mejora significativamente esta capacidad, sentando las bases para mejorar la eficiencia de las celdas. El profesor asistente Yi Hou es profesor asistente principal del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Diseño y Ingeniería de la NUS, y dirige el grupo de celdas solares multicapa basadas en perovskita en el Instituto Solar de la NUS (SERIS). Bajo su liderazgo, el equipo ha alcanzado este hito.

Las perovskitas y los semiconductores orgánicos poseen bandas prohibidas que pueden ajustarse ampliamente, lo que permite que las celdas en tándem alcancen eficiencias teóricas extremadamente altas. El profesor asistente Hou explicó que, dado que las celdas solares en tándem perovskita-orgánicas son ligeras y flexibles, son ideales para alimentar directamente drones, dispositivos electrónicos portátiles, tejidos inteligentes y otros equipos compatibles con inteligencia artificial. Sin embargo, previamente, la falta de absorbentes de película delgada eficientes en el infrarrojo cercano había retrasado el desarrollo de las celdas en tándem perovskita-orgánicas en comparación con otros diseños.

Para superar este desafío, el equipo de investigación desarrolló un receptor orgánico asimétrico con una estructura de conjugación extendida. Este diseño le permite absorber luz en la región del infrarrojo cercano profundo, manteniendo suficiente fuerza impulsora para lograr una separación eficiente de cargas y promover un apilamiento molecular ordenado. Análisis espectroscópicos ultrarrápidos y de física de dispositivos confirman que este diseño logra una alta tasa de recolección de portadores libres con una pérdida de energía mínima. Basado en el excelente rendimiento de la subcella orgánica, los investigadores la apilaron debajo de una celda superior de perovskita eficiente y conectaron las dos capas mediante un interconector basado en óxido conductor transparente (TCO). Finalmente, la nueva celda en tándem diseñada alcanzó una eficiencia de conversión fotoeléctrica del 27,5 % en muestras de 0,05 cm² y del 26,7 % en dispositivos de 1 cm², de los cuales el 26,4 % ha sido certificado independientemente, posicionándose a la vanguardia entre celdas perovskita-orgánicas, perovskita-CIGS y perovskita de unión simple de tamaño equivalente.

El profesor asistente Hou señaló que la eficiencia de estas películas flexibles podría superar el 30 %, lo que las hace ideales para la producción en rollo a rollo, y pueden integrarse sin problemas en sustratos curvos o textiles. Por ejemplo, parches de salud autorregenerativos podrían utilizar la luz solar para operar sensores integrados, y los textiles inteligentes podrían monitorear parámetros biológicos sin necesidad de baterías voluminosas. En la siguiente etapa de investigación, el equipo de la NUS se centrará en mejorar la estabilidad operativa de las celdas en el mundo real y avanzar en la producción a escala piloto, un paso clave para llevar la tecnología solar flexible y de alto rendimiento al mercado. Este logro inyecta nueva vitalidad al desarrollo de la energía verde y promete impulsar la aplicación amplia de la tecnología solar en más campos.