Los beneficios de rascar la superficie del silicio en las células solares en tándem

Científicos dirigidos por el Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) de Alemania han investigado cómo el trabajo en la superficie de la célula de silicio podría conducir a nuevas mejoras en la producción de células en tándem de perovskita-silicio.

En la producción de obleas y células de silicio, la superficie de la oblea suele tener una textura de diminutas formas piramidales, que sirven para reducir la reflexión y atrapar más luz en la célula. Esta textura suele conseguirse sumergiendo las obleas en productos químicos líquidos, que eliminan parte del silicio (Si) y dejan tras de sí la superficie texturizada.

Se sabe que otros procesos, que suelen consistir en disparar una sustancia de plasma sobre la superficie de silicio, ofrecen un mejor control sobre el tamaño y la uniformidad de las protuberancias que componen la textura. Sin embargo, la mayoría de los fabricantes los consideran demasiado complejos y costosos, con ventajas limitadas en comparación con el proceso químico húmedo.

Colocar una célula solar de perovskita encima, sin embargo, añade nuevos requisitos a la superficie de silicio. Muchos de los logros conseguidos hasta ahora con las células en tándem se han hecho sobre una célula de silicio sin texturizar, lo que facilita la integración de la perovskita pero representa una oportunidad perdida para la eficiencia de la célula de silicio. El grupo de HZB investigó algunos de los procesos de texturización más complejos y descubrió que el mayor control y las texturas superficiales más pequeñas que permiten podrían resolver el reto de la integración de la perovskita, o incluso volver a ser interesantes para las células de silicio de unión simple.

“En el caso de las células en tándem, una textura de Si uniforme y de pequeño tamaño es crucial para poder procesar en húmedo la célula superior de perovskita”, explica el grupo. “Demostramos que las pirámides aleatorias de tamaño submicrométrico mediante un proceso de grabado húmedo ajustado son un enfoque interesante no sólo para este tipo de células solares en tándem, sino también para las células solares de unión única SHJ”.

En su artículo “Double-sided nano-textured surfaces for industry compatible high-performance silicon heterojunction and perovskite/silicon tandem solar cells” (Superficies nanotexturadas de doble cara para células solares tándem de silicio heterounión y perovskita/silicio de alto rendimiento compatibles con la industria), publicado en Progress in Photovoltaics, el grupo describe experimentos con distintas soluciones de grabado. Descubrieron que variar la composición de la solución les permitía controlar el tamaño de las pirámides en la superficie, manteniendo las características antirreflectantes deseables de la superficie grabada y facilitando al mismo tiempo la colocación de la capa de perovskita encima.

“Todos los parámetros JV eran similares o incluso ligeramente mejores que los de las células con nuestra microtextura estándar”, afirma el grupo.

Utilizando estos nuevos procesos de nanotexturización, el grupo demostró una célula en tándem con una eficiencia del 28,9%. Los investigadores confían en que este proceso pueda aplicarse a gran escala.

“Esperamos que los procesos presentados sean fáciles de aplicar en la producción industrial y, por tanto, contribuyan al desarrollo de un proceso de producción de células solares en tándem de alta eficiencia”, afirman.