Fraunhofer ISE establece un nuevo récord de eficiencia del 22,3% con una celda solar de silicio de unión múltiple

En la actualidad, las células solares de silicio dominan el mercado fotovoltaico, pero la tecnología se acerca a la máxima eficiencia teórica que se puede lograr con el silicio como único material absorbente. Debido a la combinación de varios materiales absorbentes, las células solares en tándem permiten una utilización de energía significativamente mejor del espectro solar, y por el mayor potencial de eficiencia, podrían ser la base de la futura generación de células solares.

Sobre la base de la investigación intensiva de materiales, los científicos de Fraunhofer ISE, junto con sus socios, han establecido un nuevo récord de eficiencia del 22,3% por ciento para una célula solar de unión múltiple hecha de silicio y semiconductores III-V. La característica especial es que las capas semiconductoras III-V se cultivaron directamente sobre el silicio en un proceso de epitaxi, con la transición entre Si y GaAs a través de una capa de nucleación de fosfuro de galio (GaP) y un llamado tampón metamórfico para ajustar los enlaces atómicos, lo que ha supuesto un desafío importante de este proyecto.

Con el uso de combinaciones de diferentes materiales semiconductores, los investigadores intentan superar la eficiencia teórica del 29.4 por ciento que se puede lograr con el silicio, lo que hace que la conversión de la luz solar en electricidad sea aún más eficiente.

Un enfoque prometedor es la combinación de material de silicio con compuestos semiconductores III-V como el arseniuro de galio. Una opción de implementación es depositar las estructuras de células solares III-V en sustratos costosos de arseniuro de galio y luego aplicarlas a una célula solar de silicio utilizando la tecnología de unión de semiconductores y grabar el sustrato de arseniuro de galio.

Una forma de implementación claramente rentable es el crecimiento directo de las capas III-V en la célula solar de silicio. Para esto, sin embargo, es necesario controlar muy bien la estructura atómica y asegurar que los átomos de galio y fósforo en la interfaz con el silicio ocupen los sitios de red correctos. Además, la distancia de los átomos en la red cristalina debe aumentarse para producir finalmente el arseniuro de galio.

Los investigadores han estado trabajando en estos desafíos durante más de diez años como parte del proyecto Mehrsi. Ahora han logrado reducir significativamente las densidades de defectos en las capas semiconductoras III-V en el silicio, produciendo así una célula solar tándem III-V / Si con un nuevo récord de eficiencia del 22,3 por ciento.

"Estamos encantados con el resultado obtenido para el crecimiento directo de semiconductores III-V en silicio, un enfoque de investigación muy importante para las células solares en tándem", dice Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE en un comunicado. “Actualmente se está construyendo un nuevo centro para células solares altamente eficientes en Friburgo, que albergará nuestro trabajo sobre células solares en tándem a partir de 2020. Con una infraestructura técnica aún mejor, esperamos acelerar el desarrollo de múltiples células solares basadas en silicio ".