Un grupo de investigadores dirigido por la Academia China de Ciencias (CAS) ha fabricado una célula solar de kesterita (CZTSSe) que alcanza una eficiencia máxima de conversión de potencia del 14,6% y una eficiencia certificada del 14,2%.
“El rendimiento de las células solares de kesterita se ve limitado principalmente por la pérdida de carga inducida por defectos”, declaró a pv magazine Qingbo Meng, autor correspondiente de la investigación. “Creemos que un conocimiento más exhaustivo del mecanismo de formación de defectos en este sistema material y un control más eficaz del proceso de formación de defectos nos permitirán lograr más avances en el futuro”.
La kesterita es uno de los materiales absorbentes de luz más prometedores para su posible uso en células solares de película fina de bajo costo. Las kesteritas incluyen elementos comunes como cobre, estaño, zinc y selenio. A diferencia de los compuestos CIGS, no se prevén cuellos de botella en el suministro en el futuro. Sin embargo, la kesterita sigue siendo menos eficiente que el CIGS en la producción en masa. El récord mundial de este tipo de células es del 12,6%, alcanzado en dispositivos de gran superficie por el productor japonés de capa fina Solar Frontier en 2013.
El equipo de investigación chino utilizó lo que describió como un enfoque basado en la cinética para suprimir la formación de defectos profundos en el absorbedor CZTSSe. Consistía en utilizar la aleación multielemental para eliminar los defectos de estaño (Sn) y zinc (Zn) en el material CZTSSe final añadiendo plata (Ag) y cadmio (Cd) a través de la solución precursora y germanio (Ge) desde la interfaz posterior. “La aleación elemental ha facilitado el intercambio de Zn/Sn y Zn/Cu, dando lugar a una formación acelerada de la fase kesterita ordenada”, explican los científicos.
Construyeron la célula solar con un sustrato de vidrio sodocálcico (SLG) recubierto de molibdeno (Mo), el absorbedor CZTSSe, una capa tampón de sulfuro de cadmio (CdS), una capa ventana de óxido de zinc (ZnO), y una capa de óxido de indio y estaño (ITO), y un recubrimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2).
Probado en condiciones de iluminación estándar, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 14,6%, una tensión de circuito abierto de 0,55 V, una corriente de cortocircuito de 36,6 mA cm-2 y un factor de llenado del 72,4%. El Centro Nacional de Mediciones y Ensayos de la Industria Fotovoltaica de China certificó que la célula alcanzaba una eficiencia del 14,2%.
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“La principal discrepancia entre el resultado certificado y el de nuestro laboratorio, es decir, el factor de llenado, se atribuye a la influencia de la capa antirreflectante de MgF2 en el contacto eléctrico de la sonda”, explican los académicos. “Estos resultados indican que la aleación multinivel puede regular más eficazmente la cinética de reacción para suprimir los defectos profundos en CZTSSe y crea así condiciones de reacción moderada más favorables para cumplir los requisitos de la fabricación industrial a gran escala y bajo costo”.
El nuevo concepto de célula solar se presentó en el artículo “Multinary alloying for facilitated cation exchange and suppressed defect formation in kesterite solar cells with above 14% certified efficiency” (Aleación multinaria para facilitar el intercambio catiónico y suprimir la formación de defectos en células solares de kesterita con una eficiencia certificada superior al 14 %.), publicado recientemente en nature energy. “Estos conocimientos y el método de análisis basado en datos que aquí se presenta también aportan más vías para identificar y regular los defectos en los materiales fotovoltaicos”, concluye el equipo de investigación.
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