Pulido y reconstrucción sin contacto con láser hacia celdas solares tándem todo-perovskita de alta eficiencia

Mejorar el rendimiento de los paneles solares

Los paneles solares son cada vez más baratos y comunes, pero los diseños actuales desperdician gran parte de la energía solar en forma de calor. Una de las vías más prometedoras para extraer más electricidad de la luz es apilar dos células solares una sobre la otra, cada una optimizada para una porción distinta del espectro solar. Este estudio muestra cómo un nuevo tipo de “pulido sin contacto” con luz láser puede corregir una debilidad clave en estas celdas tándem de perovskita y empujar su eficiencia cerca del 30%, un nivel atractivo para aplicaciones futuras en tejados, servicios públicos e incluso energía portátil.

Por qué las celdas tándem de perovskita tienen problemas

Las perovskitas son materiales con estructura cristalina que absorben la luz de manera muy eficiente y son fáciles de fabricar a partir de soluciones. Para superar los límites de eficiencia de las celdas individuales, los investigadores apilan una perovskita de banda ancha sobre otra de banda estrecha, formando un tándem totalmente de perovskita. La célula inferior de banda estrecha debe recoger la luz roja y el infrarrojo cercano que atraviesa la célula superior, y su rendimiento fija en gran medida el techo del tándem. Desafortunadamente, las películas estrechas de plomo‑estaño suelen formarse con superficies rugosas y ricas en defectos. El estaño tiende a acumularse y oxidarse cerca de la superficie, el yodo se vuelve deficiente y la superficie irregular hace un mal contacto con la capa extractora de electrones. En conjunto, estos problemas provocan recombinación de portadores antes de que puedan recogerse, desperdiciando voltaje y corriente.

Alisado con luz en lugar de lijado

Los métodos convencionales para limpiar superficies de perovskita dependen de químicos líquidos o contacto físico, ambos capaces de dañar las películas delicadas y difíciles de controlar en áreas grandes. En este trabajo, los autores desarrollaron un método de pulido con láser ultravioleta de picosegundos que nunca toca la película. Pulsos láser ultracortos eliminan solo las decenas de nanómetros defectuosos en la capa superior, aplanando la superficie mientras minimizan el calentamiento del cristal subyacente. La microscopía muestra que la rugosidad media disminuye alrededor de un factor de tres, y las mediciones químicas revelan que el exceso de estaño y la falta de yodo en la superficie se eliminan en gran medida. La profundidad de pulido puede ajustarse con la potencia del láser y la velocidad de escaneo, y el equipo demuestra precisión subnanométrica y excelente repetibilidad a través de muchos lotes.

Reconstruir una capa superficial más sana

El pulido con láser hace más que eliminar protuberancias; deja una superficie de perovskita con muchos “sitios A” vacantes en la red cristalina, lugares donde normalmente se ubican iones orgánicos grandes o cesio. Los investigadores tratan esta superficie recién expuesta con una solución que contiene bromuro de guanidinio, cuyos iones de guanidinio grandes pueden formar enlaces de hidrógeno fuertes y tienden a ralentizar el movimiento iónico. Estos iones rellenan selectivamente los sitios vacantes cerca de la superficie, reconstruyéndola en una capa perovskita de guanidinio‑cesio que está mejor ordenada y menos deformada que antes. La difracción de rayos X y la microscopía electrónica muestran que las distorsiones en la red cristalina desaparecen y que los pocos nanómetros superiores se expanden ligeramente, consistente con el mayor tamaño del guanidinio. Las pruebas ópticas encuentran una fotoluminiscencia más intensa y tiempos de vida de portadores más largos, señales de menos defectos y una calidad de película más uniforme en áreas extensas.

Convertir superficies más limpias en mayor eficiencia

Cuando el equipo fabrica dispositivos completos, los beneficios se acumulan. Las celdas individuales de banda estrecha hechas con las superficies pulidas y reconstruidas muestran mayor voltaje, corriente y factor de llenado que los controles no tratados, además de exhibir mucha menos histéresis —un indicador de que los iones móviles y las interfaces inestables han sido domados. La mejor célula plomo‑estaño alcanza una eficiencia de conversión de potencia del 24,07%, con una certificación independiente del 23,47%, usando un proceso escalable que no depende del apantallamiento con antisolvente. Apilar esta célula inferior mejorada bajo una perovskita superior de banda ancha da como resultado un tándem todo‑perovskita con 29,80% de eficiencia y una fuerte concordancia entre la corriente medida y la respuesta espectralmente resuelta. Dispositivos más grandes y mini‑módulos fabricados con el mismo enfoque mantienen altas eficiencias, y los tándems encapsulados retienen alrededor del 80% de su rendimiento inicial tras aproximadamente 650 horas de operación continua.

Qué significa esto para la energía solar del futuro

Al usar un láser sin contacto para eliminar con precisión el material defectuoso y luego reconstruir los pocos nanómetros superiores con una composición de perovskita más robusta, este trabajo aborda uno de los principales cuellos de botella en los tándems avanzados de perovskita: una interfaz rugosa e inestable que desperdicia carga. El resultado son películas más lisas, extracción de carga más limpia, reducción de la migración iónica y eficiencias récord para tándems todo‑perovskita sin uso de antisolvente. Dado que el método es ajustable, rápido y compatible con diferentes brechas de banda y estructuras de dispositivo, ofrece una herramienta de amplio alcance para acercar la tecnología de perovskita a sus límites teóricos y a un despliegue realista.

Cita: Ma, T., Luo, D., Ye, W. et al. Non-contact laser polishing and reconstruction towards high-efficiency all-perovskite tandem solar cells. Nat Commun 17, 4193 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71017-7

Palabras clave: celdas solares tándem de perovskita, pulido superficial con láser, ingeniería de interfaces, fotovoltaica de alta eficiencia, tecnología de películas delgadas para energía solar