Las celdas solares de película delgada, como las de telururo de cadmio, seleniuro de cobre indio galio, perovskita y células solares orgánicas, son populares porque son ligeras, flexibles y menos costosas de fabricar. Sin embargo, todas enfrentan un problema crítico cuando parte del panel está sombreado: los árboles, nubes, edificios o incluso pájaros que bloquean la luz solar pueden crear un voltaje negativo que estresa el material y reduce permanentemente el rendimiento.

Bajo estas condiciones de sombreado, las celdas sombreadas generan un voltaje inverso que daña la estructura interna. Dado que estas celdas solares transportan tanto electrones como iones, la exposición prolongada a voltaje inverso puede reducir su rendimiento y eventualmente causar daño permanente. El equipo de investigadores de la Universidad Politécnica de Hong Kong (PolyU) identificó que el daño proviene de defectos llamados estados de trampa profunda en la heterounión de volumen, que es la capa donde se genera la electricidad. Estos defectos atrapan cargas eléctricas, lo que reduce la eficiencia y aumenta la probabilidad de daño permanente durante la operación con voltaje inverso.

Para abordar el problema, los investigadores suprimieron los cúmulos de aceptores aislados en el área de mezcla donante-aceptor de la celda solar. Esta intervención redujo significativamente el número de estados de trampa profunda y hizo que los dispositivos fueran mucho más duraderos. Como resultado, las nuevas celdas solares orgánicas pueden soportar un voltaje de ruptura superior a menos 35 voltios, lo que significa que pueden tolerar voltaje inverso hasta ese nivel sin sufrir daño permanente, estableciendo un nuevo estándar de estabilidad y eficiencia en celdas solares orgánicas.

El estudio también demostró que las celdas solares orgánicas mejoradas protegen la capa de perovskita en las celdas solares de tándem perovskita-orgánica inorgánica de tipo n-i-p. Lo hacen deteniendo el tunelaje inverso, que es cuando la corriente inversa daña el dispositivo durante el sombreado. Incluso después de ser expuestas a menos 40 voltios, las celdas solares de tándem mantuvieron más del 90% de su eficiencia original.

Los dispositivos también mostraron una fuerte estabilidad a largo plazo. Después de funcionar a menos 20 voltios durante 12 horas, mantuvieron el 90% de su eficiencia inicial. Retuvieron el 97% de su eficiencia después de trabajar a menos 4,5 voltios durante 2.000 horas, aproximadamente 83 días. Según los investigadores, estos resultados superan lo que las tecnologías solares de película delgada actuales pueden lograr.

El profesor Li Gang, catedrático de tecnología de conversión de energía en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de PolyU, declaró: "Hemos logrado avances importantes en la estabilidad de las celdas solares orgánicas y de tándem perovskita-orgánica bajo condiciones desafiantes de voltaje inverso. Nuestra investigación hace contribuciones revolucionarias a la comprensión tanto del funcionamiento del dispositivo como de la durabilidad en tecnologías solares orgánicas y de perovskita".

Este nuevo trabajo se basa en investigaciones anteriores del equipo publicadas en Nature Energy en 2025. En ese estudio, desarrollaron celdas solares de tándem perovskita-orgánica inorgánica de tipo n-i-p con una eficiencia de conversión de potencia del 25,9%, que fue certificada independientemente en 25,1%, utilizando modulación de contacto inferior. En este nuevo estudio, las celdas solares de tándem alcanzaron una eficiencia de conversión de potencia superior al 26% y se volvieron mucho más resistentes al estrés de voltaje inverso, acercando la tecnología a su uso en módulos solares del mundo real.

Li añadió: "La excepcional estabilidad de voltaje inverso bajo condiciones de sombreado ha sido vívidamente demostrada en minimodelos escalables de celdas solares de tándem perovskita-orgánica. Esto marca un salto significativo hacia adelante, allanando el camino para un futuro sostenible y eficiente impulsado por sistemas de energía renovable".

El avance es particularmente relevante para aplicaciones solares en entornos urbanos donde el sombreado es inevitable, así como para sistemas solares en regiones con nubosidad frecuente. La capacidad de mantener eficiencia bajo voltaje inverso prolongado también extiende significativamente la vida útil de los paneles solares, reduciendo costos de mantenimiento y reemplazo a largo plazo. El estudio fue publicado en la revista Nature Materials, una de las publicaciones científicas más prestigiosas en el campo de los materiales.