Fraunhofer ISE establece un récord de eficiencia del 34,1% con una celda solar de triple unión

Investigadores del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE han logrado aumentar hasta el 34,1% la eficiencia de las celdas solares monolíticas de triple unión hechas de semiconductores III-V y silicio, estableciendo un nuevo récord. Al combinar varios materiales absorbentes, estas múltiples células solares utilizan el espectro solar mucho mejor en términos de energía que las células solares de silicio convencionales.

"Las celdas solares múltiples monolíticas son consideradas como la esperanza para un mayor desarrollo de las células solares de silicio dominantes de la actualidad, porque pueden lograr eficiencias significativamente mayores para la conversión de la luz solar en electricidad. Consideramos posibles eficiencias del 36%, que exceden claramente el límite físico de una célula solar de silicio puro del 29,4%”, dio Andreas Bett, director de Fraunhofer ISE.

La alta eficiencia permite generar más energía por área y, por lo tanto, ahorrar materiales para células solares y materiales de módulos, un aspecto importante para la sostenibilidad de la energía fotovoltaica.

Para la célula solar de unión múltiple altamente eficiente, se depositan capas de semiconductores III-V de unos pocos micrómetros de espesor en una célula solar de silicio. Las diferentes capas absorben diferentes regiones espectrales de la luz solar para hacer un uso óptimo de ella: fosfuro de galio e indio entre 300-660 nm (luz visible), arseniuro de aluminio y galio entre 600-840 nm (luz infrarroja cercana) y silicio entre 800-1200 nm (luz de longitud de onda más larga).

Por lo tanto, las eficiencias de las celdas solares de silicio se pueden aumentar significativamente. Dado que tienen un contacto en la parte frontal y posterior como una célula solar de silicio normal de hoy en día, las celdas solares se pueden integrar fácilmente en módulos solares.

Para la célula solar monolítica de múltiples uniones, se utiliza el método de unión directa de obleas conocido por microelectrónica. En un primer paso, las capas III-V se depositan sobre un sustrato de arseniuro de galio. Posteriormente, las superficies se desoxidan en una cámara bajo alto vacío con la ayuda de un haz de iones y se presionan juntas bajo presión.

Los átomos de las capas de semiconductores III-V forman enlaces con el silicio y forman una unidad. Las subceldas apiladas de GaInP, AlGaAs y silicio están interconectadas por diodos de túnel. Posteriormente, el sustrato de GaAs se elimina químicamente en húmedo y se aplica un contacto posterior nanoestructurado, así como un recubrimiento antirreflectante y una rejilla de contacto en el lado frontal.

"En comparación con los resultados anteriores, se mejoraron aún más las condiciones de deposición y se introdujo una nueva estructura celular para la célula superior de fosfuro de galio-indio, que convierte la luz visible aún mejor. Con un 34,1%, la célula demuestra el enorme potencial de esta tecnología ", explica Frank Dimroth, jefe del departamento III-V de tecnología fotovoltaica y concentradora en Fraunhofer ISE. El récord mundial anterior para esta clase de células era del 33,3%.