El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania y el instituto de investigación holandés AMOLF han anunciado que han logrado un récord mundial de eficiencia de conversión de potencia del 36,1% para una célula solar multiunión basada en silicio y semiconductores III-V como el fosfuro de indio y galio (GaInP) y el arseniuro de galio (GaAs).
“El equipo Fraunhofer es mundialmente conocido por la fabricación de células solares de altísima eficiencia basadas en silicio y semiconductores III-V como GaInP o GaAs”, afirma el Fraunhofer ISE en un comunicado. “El equipo de AMOLF ha acumulado muchos años de experiencia en la optimización de la gestión de la luz en células solares. En este proyecto, hemos aunado estos conocimientos, con este resultado único”. Las células solares han viajado entre Friburgo y Ámsterdam para los distintos pasos de procesamiento, construyendo así la célula solar completa.”
La célula se basa en una tecnología TOPCon desarrollada por el Fraunhofer ISE y en un nanorrevestimiento de metal y polímero especialmente diseñado y suministrado por AMOLF. Este último se coloca en el fondo de la subcélula de silicio y, según se informa, es el responsable de optimizar la distribución de la dispersión de la luz más allá del ángulo crítico de reflexión interna total en la célula.
“En concreto, optimizamos la geometría de una matriz hexagonal de nanodiscos de plata (Ag) que se integran con el contacto posterior de Ag, y mostramos cómo el paso, el radio y la altura de los dispersores individuales controlan la distribución de la potencia en los distintos órdenes de difracción, al tiempo que minimizan las pérdidas por disipación plasmónica en el rango de longitudes de onda de interés”, explican los científicos.
También utilizaron la litografía de impresión conforme del sustrato (SCIL), una innovadora tecnología de nanoimpresión a escala de oblea completa, para fabricar los retrorreflectores metagrados con nanopatrones.
A continuación, conectaron las células superior e inferior mediante unión directa de obleas a temperatura ambiente. La célula solar resultante tiene un tamaño de 2 cm x 2 cm e incluye contactos frontales, un revestimiento antirreflectante (ARC) y una capa de Ag de 1 μm de grosor en la cara posterior que actúa como contacto eléctrico y espejo plano. “Tras la nanoimpresión y el grabado, las células se enviaron de nuevo al Fraunhofer ISE para una inmersión final en HF seguida de metalización”, explicaron.
Mediante varias evaluaciones numéricas y experimentales, el grupo germano-holandés descubrió que la eficiencia cuántica externa (EQE) del dispositivo multiunión mejoraba en más de 1,52 mA/cm 2 con respecto a un reflector plano.
“En conjunto, nuestro trabajo demuestra el potencial de la captura nanofotónica de la luz para mejorar la eficiencia de las células solares multiunión basadas en silicio, allanando el camino hacia tecnologías de energía solar más eficientes y sostenibles”, afirmaron los investigadores.
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