Una célula solar de calcopirita alcanza una eficiencia del 11,2% mediante aleación de plata

Investigadores de la Universidad de Uppsala (Suecia) han fabricado una célula solar de calcopirita (CuGaSe2 o CGSe) utilizando plata (Ag) para alear el absorbedor del dispositivo.

“El objetivo de nuestro proyecto financiado por la UE Células solares de TAndem Inorgánico Estable (SITA) es fabricar una célula superior de calcopirita de gran brecha para dispositivos fotovoltaicos en tándem con una célula inferior de silicio”, explica el investigador Jan Keller a pv magazine. “El siguiente paso es transferir el proceso a contactos traseros transparentes. En nuestros trabajos anteriores hemos demostrado que es posible fabricar células solares de calcopirita de gran brecha con brechas de banda ligeramente inferiores, de unos 1,45 eV, en contactos posteriores muy transparentes.”

El uso de aleación de plata mejora el crecimiento del grano y la calidad del cristal, al tiempo que reduce los defectos perjudiciales y compensa en parte la baja energía de banda del absorbedor CuGaSe2. El CuGaSe2 tiene una energía de banda prohibida de 1,7 eV y hasta ahora se ha utilizado en células solares con un factor de llenado y una tensión de circuito abierto limitados.

“Además de las pérdidas directamente relacionadas con la propia capa de CuGaSe2, se supone que la recombinación de la interfaz frontal es pronunciada cuando se utiliza una capa intermedia estándar de sulfuro de cadmio (CdS)”, explican los científicos, que señalan que probaron dispositivos con capas intermedias de CdS y capas de óxido de zinc y estaño (ZTO) cultivadas mediante deposición atómica de capas (ALD).

El equipo de investigación utilizó un proceso de coevaporación en tres etapas para depositar el absorbente aleado con plata (ACGS) en varias muestras de células solares.

“La captación de portadores mejora con la adición de Ag, una mayor temperatura de deposición y hacia una composición estequiométrica del absorbedor”, dijeron. “La inmersión en luz aumenta el factor de llenado para la mayoría de las muestras, potencialmente mitigando las barreras de transporte internas”.

La célula campeona que fabricaron los científicos se basaba en una capa amortiguadora de ZTO, y el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 11,2%.

“Se trata de la mayor eficiencia jamás medida en una célula solar ACGS sin recubrimiento antirreflectante”, afirman. “Las posibles explicaciones del efecto beneficioso de la inmersión en la luz pueden ser el fotodopaje de la capa de ZTO, que reduciría la altura efectiva de la barrera para los electrones, o una redistribución del sodio en la heterounión”.

Los científicos dijeron que planean utilizar un contacto posterior transparente (TBC) en lugar de uno de molibdeno (Mo) en la célula, debido a su uso previsto en dispositivos en tándem.

Describieron la tecnología de la célula solar en “Silver Alloying in Highly Efficient CuGaSe2 Solar Cells with Different Buffer Layers” (Aleación de plata en células solares CuGaSe2 de alta eficiencia con diferentes capas tampón), publicado recientemente en RRL Solar.