NREL y la Escuela de Minas de Colorado aplican una nueva técnica para identificar los defectos en las células solares que reducen la eficiencia

Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EEUU y la Escuela de Minas de Colorado están aplicando una nueva técnica para identificar defectos en las células solares de silicio que causan una caída en la eficiencia. Las lecciones aprendidas a nivel atómico podrían conducir a mejoras en la forma en que los fabricantes fortalecen sus productos contra lo que se conoce como degradación inducida por la luz o LID.

La degradación inducida por la luz, o LID, reduce la eficiencia de las células solares de silicio en aproximadamente un 2%, lo que se suma a una caída significativa en la producción de energía durante la vida útil de 30 a 40 años de la tecnología implementada en el campo. Las células solares hechas de silicio representan más del 96% del mercado mundial, y el semiconductor más comúnmente utilizado en la fabricación de estas células está hecho de silicio dopado con boro. Pero el silicio dopado con boro es susceptible a LID, por lo que los fabricantes han desarrollado métodos para estabilizar los módulos solares.

Sin una comprensión de los defectos a nivel atómico, los investigadores dijeron que es imposible predecir la estabilidad de esos módulos.

“Algunos de los módulos están estabilizados por completo. Algunos de ellos están medio estabilizados”, dijo Abigail Meyer (en la foto), investigadora en el NREL y autora principal de un nuevo artículo que detalla los esfuerzos para identificar la fuente del fenómeno LID. El artículo, "Estructura atómica del defecto de degradación de la eficiencia inducido por la luz en las células solares de silicio de Czochralski dopadas con boro", aparece en la revista Energy & Environmental Science.

Paul Stradins, científico principal y líder del proyecto de investigación fotovoltaica de silicio en NREL, dijo que el problema de LID se ha estudiado durante décadas, pero no se ha determinado la naturaleza microscópica exacta de las causas de la degradación. Los investigadores han concluido, a través de la experimentación y la teoría indirectas, que el problema disminuye cuando se usa menos boro o cuando hay menos oxígeno presente en el silicio.

La colaboración entre NREL y los investigadores de la Escuela de Minas de Colorado se basó en la resonancia paramagnética electrónica (EPR) para identificar los defectos responsables del LID. Por primera vez, el examen microscópico reveló una firma de defecto distinta a medida que las células solares de muestra se degradaban más por la luz. La firma del defecto desapareció cuando los científicos aplicaron el proceso empírico de "regeneración" para curar la LID que ha adoptado la industria. Para su sorpresa, los investigadores también encontraron una segunda firma EPR "amplia" afectada por la exposición a la luz, que involucra muchos más átomos dopantes que defectos de LID. Plantearon la hipótesis de que no todos los cambios atómicos inducidos por la luz conducen al LID.

Las técnicas desarrolladas para estudiar la LID pueden extenderse para revelar otros tipos de defectos degradantes en las células solares de silicio y en otros materiales semiconductores utilizados en la energía fotovoltaica, incluidos el telururo de cadmio y las perovskitas, anotaron los científicos.

La Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EEUU financió la investigación.

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