L’energia solar és un dels pilars fonamentals de la transició energètica. Les cel·les solars tipus tàndem de perovskita i silici ofereixen la possibilitat d’aconseguir eficiències superiors a les de les cel·les de silici convencionals. No obstant això, la seua fabricació a escala industrial constitueix un dels principals desafiaments.

Les cel·les solars tàndem de perovskita-silici combinen dos semiconductors que absorbeixen diferents regions de la llum solar. La capa superior de perovskita absorbeix principalment la llum blava d’alta energia, és a dir, de longitud d’ona curta, mentre que la cel·la de silici situada davall utilitza, sobretot, les fraccions de longitud d’ona més llarga. D’aquesta manera, les cel·les solars tipus tàndem tenen la capacitat de convertir més energia de la llum solar en electricitat que les cel·les convencionals compostes només per silici. No obstant això, un dels principals reptes d’aquesta nova tecnologia consisteix a depositar la capa de perovskita de manera reproduïble, uniforme i ràpida.

“Per a la fabricació industrial no només compta l’eficiència, sinó també si un procés és ràpid, robust i escalable”, afirma el professor Ulrich Paetzold, de l’Institut de Tecnologia de Microestructures i de l’Institut de Tecnologia de la Llum del KIT. “Hem pogut demostrar que un procés de buit especialment ràpid no només genera capes uniformes, sinó que també permet obtenir cel·les solars tàndem de perovskita-silici eficients”, informa.

El procés CSS accelera la deposició de les capes fines
El procés en buit a alta velocitat es basa en la sublimació a espai pròxim, coneguda com CSS per les seues sigles en anglès (Close-Space Sublimation). En aquest procés, els materials de partida se sublimen i arriben fins a la cel·la de silici, situada a només uns mil·límetres de la font del material. Allí reaccionen directament per a formar una capa de perovskita. Un aspecte important del procés CSS és el baix consum de matèria primera per cada conversió. Això permet utilitzar la mateixa font de material per a un gran nombre de deposicions.

“Amb aquesta tècnica som capaces de depositar materials orgànics a alta velocitat i sense dissolvents, una cosa difícil d’aconseguir amb mètodes convencionals a causa de la inestabilitat d’aquests materials a altes temperatures. En reduir la distància entre el material de partida i el substrat, no només es pot realitzar la sublimació a temperatures més baixes, sinó que la deposició es produeix molt més ràpid”, explica la coautora Sofía Chozas-Barrientos, de la Universitat de València.

“En el nostre treball, la conversió es va completar després de només deu minuts; per a un procés en buit, això suposa un avanç important”, apunta la investigadora.

La banda prohibida de la perovskita
A més d’un recobriment uniforme, la capa superior de perovskita ha d’absorbir també les fraccions adequades de llum. Aquesta propietat es controla mitjançant la banda prohibida del material: la subcel·la superior de perovskita ha de tenir una banda prohibida més elevada per a absorbir els fotons de major energia i deixar passar la resta de la llum cap a la subcel·la de silici, aconseguint així un acoblament eficient entre ambdues. Atès que el brom pot augmentar la banda prohibida, l’equip investigador va provar inicialment una capa precursora inorgànica que contenia brom. En canvi, durant la conversió a perovskita mitjançant CSS, la proporció desitjada no es va mantenir en el material.

“La solució va ser utilitzar una font orgànica mixta composta per iodur de metilamoni i bromur de metilamoni”, assenyala el coautor Alexander Diercks, qui, en el marc de la col·laboració en el projecte Nexus d’Horizon Europe, va passar sis mesos treballant per a la seua tesi doctoral en el grup del professor Bolink a València. “Mitjançant la proporció entre tots dos components vam poder controlar el contingut de brom en el material final i aconseguir una banda prohibida de 1,64 electronvoltios”, afegeix Diercks.

Un pas cap a la producció industrial
Per a una fabricació industrial, el procés CSS ha de ser compatible amb diferents tipus de superfícies de silici, incloses les texturades, habituals en el silici industrial i comercial. Aquestes presenten estructures piramidals d’entre 1 i 2 micres sobre les quals la llum rebota, augmentant així el seu recorregut dins de la cel·la i millorant l’absorció.

Per això, l’equip científic va provar el procés CSS sobre cel·les de silici amb superfícies planes i nanotexturitzades, més habituals en estudis a xicoteta escala al laboratori, i microtexturitzades, més representatives del silici industrial. A les tres superfícies es van formar capes de perovskita amb propietats quasi idèntiques, sense necessitat d’ajustar els paràmetres del procés.

La microscòpia electrònica d’escombratge i les anàlisis de raigs X van mostrar una cobertura uniforme. Les cel·les solars tàndem fabricades amb aquest procés van aconseguir una eficiència del 23,5 % sobre cel·les de silici planes, del 23,7 % sobre cel·les nanotexturitzades i del 24,3 % sobre cel·les microtexturitzades.

“Això és molt important per a l’escalabilitat”, indica el catedràtic de la Universitat de València Hendrik Bolink. “Un procés que només funcionara sobre superfícies perfectament llises tindria una utilitat limitada per a aplicacions industrials. El fet que la sublimació en espai pròxim genere capes uniformes també sobre cel·les de silici texturades fa que aquest enfocament siga rellevant per a la indústria”, destaca.

L’estudi és resultat d’una estreta col·laboració entre els grups d’investigació del KIT i de la Universitat de València. També van participar el CONICET-UNL, a l’Argentina, i la Université Grenoble Alps/CEA-LITEN, a França.

Referència de l’article: Alexander Diercks, Sofía Chozas-Barrientos et al. “Close Space Sublimation as a Versatile Deposition Process for Efficient Perovskite Silicon Tandem Solar Cells”. Nature Energy, 2026. https://doi.org/10.1038/s41560-026-02068-9