Una célula solar de kesterita alcanza una eficiencia del 12,01% mediante selenización

Investigadores dirigidos por la Academia China de Ciencias (CAS) han diseñado una célula solar de kesterita (CZTSSe) mediante un nuevo enfoque de selenización que, según se informa, facilita la formación directa y rápida de la fase kesterita, mejorando así el transporte de carga en la película absorbente.

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. Las kesteritas incluyen elementos comunes como cobre, estaño, zinc y selenio. A diferencia de los compuestos CIGS, no se prevén cuellos de botella en el suministro en el futuro.

Sin embargo, la kesterita sigue siendo menos eficiente que el CIGS en la producción en masa. El récord mundial de este tipo de células es del 12,6%, alcanzado en dispositivos de gran superficie por el productor japonés de capa fina Solar Frontier en 2013.

Los científicos dijeron que implementaron un enfoque de selenización de zona de doble temperatura para realizar una estrategia de reacción de selenización sinérgica sólido-líquido/sólido-gas.

“La introducción de una gran cantidad de selenio (Se) líquido ha facilitado una vía de reacción sólido-líquido, mientras que el alto potencial químico del Se ha promovido la formación directa y rápida de la fase Kesterita”, explicaron. “En la fase posterior, una regulación sinérgica de la condensación y volatilización del Se ha conducido a un mejor crecimiento de los cristales y a una mayor eliminación de los residuos orgánicos”.

También explicaron que la estrategia requiere depositar previamente una cantidad suficiente de selenio líquido en la película precursora para facilitar la evolución de fase asistida por fase líquida y el crecimiento cristalino. El siguiente control sinérgico de la volatilización del selenio pretende equilibrar la cristalización de la película y la eliminación de orgánicos.

El equipo de investigación construyó la célula con un absorbedor basado en películas de Kesterita con defectos reducidos en la masa y en la interfaz, una capa tampón de sulfuro de cadmio (CdS), una capa ventana de óxido de zinc (i-ZnO), una capa de óxido de indio y estaño (ITO) y un recubrimiento antirreflejos (ARC) basado en fluoruro de magnesio (MgF2). El dispositivo tiene un área de apertura de 0,2627 cm2 y un área iluminada designada de 1,066 cm2.

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión de potencia máxima del 13,6 %. El Centro Nacional de Metrología y Ensayos de la Industria Fotovoltaica de China (NPVM) ha certificado una eficiencia del 13,44% para el dispositivo.

Cuando se probó en un dispositivo de gran superficie de 1,09 cm2, la tecnología de células alcanzó una eficiencia certificada del 12,1%.

Los científicos presentaron el nuevo diseño de célula en el estudio “Controlling Selenization Equilibrium Enables High-Quality Kesterite Absorbers for Efficient Solar Cells” (El control del equilibrio de selenización permite absorbentes de kesterita de alta calidad para células solares eficientes), publicado en Nature Communications.

De cara al futuro, pretenden desarrollar estrategias novedosas para controlar las reacciones sólido-gas/sólido-líquido en materiales de kesterita. “En conjunto, nuestro trabajo representa un esfuerzo positivo para controlar con precisión el proceso de reacción de selenización y las vías de reacción multifásicas”, concluyen.