Un nuevo proceso de selenización abre la vía a células solares de kesterita con una eficiencia del 14%

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Investigadores de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing (China) han diseñado una célula solar de kesterita (CZTSSe) mediante un nuevo método de selenización que, según se informa, garantiza la alta calidad cristalina de los absorbentes de CZTSSe, con escasos defectos.

“Teniendo en cuenta las ventajas de bajo coste, alta estabilidad del material, banda prohibida ajustable y alta compatibilidad industrial de las células solares de CZTSSe, creemos que esta célula solar tiene una perspectiva de comercialización prometedora, como BIPV y otras aplicaciones adecuadas”, declaró el investigador Dongmei Li a pv magazine.

Los científicos explicaron que el recocido de selenización es un proceso clave en el desarrollo de células solares de kesterita altamente eficientes. En este paso se suele añadir sulfuro de estaño(II) (SnS), pero una presencia excesiva puede provocar defectos en el absorbedor CZTSSe.

También afirman haber regulado el proceso cinético de evolución de fase adaptando una presión positiva de la cámara para reducir la presión parcial del selenio (Se).

“La probabilidad de colisión entre el precursor y la molécula gaseosa de Se puede disminuir en la fase de calentamiento (de 200 C a 400 C) de la reacción de selenización”, explicaron, señalando que esto ha contribuido a la reducción de los defectos en masa en alrededor de un orden de magnitud.

El equipo de investigación construyó una célula de kesterita con una capa interfacial de molibdeno (Mo), el absorbedor de kesterita, una capa tampón de sulfuro de cadmio (CdS), una capa ventana de óxido de zinc (ZnO) y un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO). Finalizaron el proceso de fabricación mediante la evaporación térmica de electrodos superiores de níquel (Ni) y aluminio (Al) y un revestimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2).

El dispositivo tiene una eficiencia de conversión de potencia del 14,13%, una tensión de circuito abierto de 551,20 mV, una corriente de cortocircuito de 35,74 mA cm-2 y un factor de llenado del 71,73%. También certificaron internamente la eficiencia de la célula en un 13,8%.

“La célula solar de kesterita, de gran eficacia, también muestra una excelente estabilidad a largo plazo en un entorno ambiental sin encapsulación”, declararon los académicos.

El grupo presentó la tecnología de la célula en el artículo “Control of the phase evolution of kesterite by tuning of the selenium partial pressure for solar cells with 13.8% certified efficiency” (Control de la evolución de fase de la kesterita mediante el ajuste de la presión parcial de selenio para células solares con una eficiencia certificada del 13,8), publicado recientemente en Nature Energy.

“Este trabajo proporciona una estrategia de regulación cinética para comprender y regular mejor el proceso de evolución de fase de la kesterita, especialmente optimizando la ruta de evolución de fase para conseguir células solares de kesterita altamente eficientes”, afirman los científicos.

La kesterita es uno de los materiales absorbentes de luz más prometedores para su posible uso en células solares de película fina de bajo coste.

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