El Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar y el fabricante de equipos EVG han logrado un nuevo récord de eficiencia del 33,3% para una célula solar múltiple basada en silicio, cuyo trabajo ha sido publicado en la revista Nature Energy.
Los investigadores lograron la alta eficiencia de conversión con capas finas de semiconductores de 0,002 milímetros, menos de una vigésima parte del espesor de un cabello, a partir de semiconductores compuestos III-V, que se depositaron en una celda solar de silicio.
“La capa del material semiconductor III-V es tan delgada que, en última instancia, los costes del material no son un obstáculo”, dijo Frank Dimroth de Fraunhofer ISE al portal de energía pvmagazine la revista pv . Con el éxito que se ha logrado ahora, Fraunhofer pretende demostrar el potencial de la tecnología, que logra un grado significativamente más alto de eficiencia en comparación con las células de silicio convencionales.
Ya en noviembre de 2016, los investigadores solares alemanes habían demostrado una eficiencia del 30,2% con su socio industrial EVG, un resultado que luego se mejoró al 31,3% en marzo de 2017. Ahora han sido capaces de mejorar significativamente la absorción de la luz y el de separación de carga en el silicio, logrando así el nuevo valor récord, dijeron.
Los investigadores combinaron las capas delgadas semiconductoras III-V de 1,9 micras con el silicio usando un proceso conocido de microelectrónica, unión directa de obleas. Las superficies se desoxidaron en una cámara de alto vacío utilizando un haz de iones y luego se presionaron juntas bajo presión. Los átomos de la superficie III-V formaron enlaces con el silicio.
La célula solar, que no tiene la misma estructura interna compleja de las células solares de silicio convencionales, tiene un contacto frontal y posterior simple y, al igual que las células convencionales, se puede integrar en los módulos solares.
“Los llamados ‘diodos de túnel’ conectan internamente las tres subcélulas hechas de fosfuro de galio e indio (GaInP), arseniuro de galio (GaAs) y silicio (Si), que abarcan el rango de absorción del espectro del sol. La célula superior GaInP absorbe radiación entre 300 y 670 nm. La subcélula de GaAs media absorbe radiación entre 500 y 890 nm y la subcélula de Si inferior entre 650 y 1180 nm, respectivamente”, explicaron los científicos.
El siguiente paso sería desarrollar el equipo para la futura producción a gran escala, dijo Dimroth. “Hasta ahora, necesitamos cuatro horas para cubrir el área de cuatro centímetros cuadrados: para una fabricación competitiva, necesitamos poder cubrir áreas mucho más grandes en cuestión de minutos”.
Él estima que pasarán de entre 5 a 10 años antes de que la producción en masa sea posible. Sin embargo, Dimroth espera un gran potencial de reducción de costes. “Incluso en la producción de células solares de silicio convencionales, el costo de la producción a gran escala se ha reducido en un factor de 100”, dijo.
En el camino a la producción industrial, en particular, los costes de la epitaxia III-V y la tecnología de unión de silicio tendrían que reducirse aún más.