El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos ha dado a conocer un nuevo diseño de células solares de heterounión posterior III-V basadas en GaAs, con el fin de fabricar dispositivos fotovoltaicos para aplicaciones terrestres.
Las células solares fabricadas con GaAs y fosfuro de galio e indio (GaInP) llevan mucho tiempo ofreciendo algunas de las eficiencias de conversión más altas de cualquier tecnología. Sin embargo, reducir los costes de producción para hacerlas viables en aplicaciones solares convencionales sigue siendo un reto, a pesar de las recientes propuestas científicas de varios enfoques para utilizar GaAs y otros materiales III-V en dispositivos solares.
Los científicos señalaron que la novedad de su planteamiento consistía en utilizar la epitaxia dinámica en fase vapor de hidruros (D-HVPE), como solución alternativa de menor coste a la epitaxia en fase vapor de metales orgánicos (MOVPE), para sintetizar la célula solar. La HVPE, por su parte, utiliza precursores elementales del grupo III de bajo coste con una alta eficiencia de utilización y tasas de crecimiento muy elevadas.
También aplicaron una capa emisora de fosfuro de arseniuro de galio e indio (GaInAsP), que forma la heterounión de la célula junto con el absorbedor de GaAs.
“Para el procesamiento, se electrodepositó un contacto metálico reflectante de Au sobre la capa de contacto de AlGaAs y, a continuación, se invirtieron las muestras sobre un mango de Si y se grabó el sustrato seguido del tope de grabado”, explicaron.
Los investigadores determinaron la densidad de dopaje del emisor y la banda de energía óptimas para maximizar la eficacia de la célula, y señalaron que su tamaño varía en función de los desplazamientos de la heterobanda, definidos por la elección del material.
El Equipo de Rendimiento de Células y Módulos (CMP) del NREL ha certificado que el novedoso diseño de la célula logra una eficiencia de conversión de potencia superior al 27%. Según los investigadores, se trata de la mayor eficiencia jamás registrada en una célula de GaAs de una sola unión obtenida mediante esta técnica.
Imagen: pv magazine
Presentaron la célula en el artículo “Modeling and design of III-V heterojunction solar cells for enhanced performance”, publicado recientemente en Cell Reports Physical Science.
“También demostramos que las heterouniones producen mejoras de eficiencia proporcionalmente mayores en materiales de menor calidad”, concluyeron. “Aunque el modelado se desarrolló y validó utilizando materiales III-V, los resultados son teóricamente aplicables a sistemas de materiales fuera de los III-V”.
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