Una estrategia asequible y escalable para fabricar células solares de heterounión de silicio eficientes

Característica del 31 de agosto de 2023

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

La heterounión de silicio (SHJ), células solares basadas en una heterounión entre semiconductores con diferentes bandas prohibidas, se encuentran entre las tecnologías fotovoltaicas más prometedoras. Hasta ahora, estas células han mostrado notables eficiencias de conversión de energía y buenas estabilidades operativas.

A pesar de su gran potencial y notables ventajas, las células solares SHJ suelen estar basadas en materiales raros y caros, lo que limita su despliegue generalizado. Además, su fabricación suele ser incompatible con los procesos de fabricación existentes, lo que complica aún más su producción a gran escala.

Un equipo de investigadores de Suzhou Maxwell Technologies Co., la Universidad de Nankai y otros institutos de China presentaron recientemente una nueva estrategia de diseño y fabricación que podría reducir los costos de la tecnología solar SHJ, sin reducir drásticamente su eficiencia. En un artículo publicado en Nature Energy, el equipo presentó resultados muy prometedores obtenidos con células solares producidas utilizando la estrategia propuesta.

"El suministro limitado de indio poco común y el alto costo de la pasta de plata se encuentran entre los problemas más importantes que enfrentarán las células solares SHJ", escribieron Cao Yu, Qiaojiao Zou y sus colegas en su artículo. "Para superar el obstáculo de los electrodos transparentes a base de indio para células solares SHJ eficientes, preparamos con éxito materiales de electrodos de óxido de estaño (SnOx) no dopados, baratos y producibles en masa, mediante pulverización catódica a temperatura ambiente".

Yu, Zhou y sus colegas pudieron fabricar nuevos electrodos transparentes (es decir, componentes esenciales de las células solares SHJ) basados ​​en SnOx sin dopar, utilizando una técnica de deposición altamente escalable que es compatible con los procesos de producción existentes. En las pruebas iniciales, se descubrió que estos materiales presentaban propiedades muy ventajosas, lo que se tradujo en un excelente rendimiento de las células solares del equipo.

"Aprovechando su defecto natural de vacancia de oxígeno, la movilidad del portador y la resistividad de los materiales preparados alcanzaron 22 cm2 V-1 s-1 y 2,38 × 10-3 Ω cm, respectivamente", escribieron Yu, Zou y sus colegas en su artículo.

"La célula solar SHJ con un electrodo frontal transparente de SnOx sin dopar demostró una eficiencia del 24,91%. Además, las películas de SnOx tienen una excelente estabilidad química y pueden resistir la corrosión por soluciones ácidas y alcalinas durante los procesos de galvanoplastia. Finalmente, las células solares SHJ con electrodo de cobre chapado y Se prepararon electrodos transparentes de doble cara a base de indio reducidos a la mitad y se logró una eficiencia certificada del 25,94% (área total de 274,4 cm2).

El trabajo reciente de este equipo de investigadores destaca la promesa de utilizar SnOx sin dopar, como alternativa al indio y la plata, para crear electrodos transparentes para células solares SHJ. La estrategia de diseño propuesta parece conservar la eficiencia de las células solares, al tiempo que reduce en gran medida los costos y esfuerzos necesarios para fabricarlas.

Los recientes hallazgos de los investigadores pronto podrían inspirar otros estudios que exploren el potencial de los electrodos transparentes que crearon o de electrodos basados ​​en otros materiales similares. En conjunto, estos esfuerzos podrían facilitar la producción y comercialización a gran escala de energía fotovoltaica SHJ, que hasta ahora siguen siendo prometedoras pero difíciles de ampliar.

Más información: Cao Yu et al, Célula solar de silicio con electrodo transparente de óxido de estaño sin dopar, Nature Energy (2023). DOI: 10.1038/s41560-023-01331-7.

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