Un nuevo diseño de célula solar de seleniuro de estaño promete una eficiencia del 36,45%

Investigadores de la Universidad de Rajshahi, en Bangladesh, han hecho un nuevo intento de diseñar células solares basadas en un absorbente de seleniuro de estaño (SnSe) y afirman que su nueva solución podría conducir al desarrollo de dispositivos altamente eficientes.

“El SnSe posee una conductividad eléctrica innata de tipo p que plantea la posibilidad de utilizarlo como material absorbente en la tecnología de energía solar fotovoltaica”, afirman los científicos, que señalan que este compuesto ha alcanzado hasta ahora bajas eficiencias en aplicaciones prácticas de células solares. “Según el índice de Shockley-Queisser, la eficiencia máxima de conversión fotovoltaica para cada tipo de estructura de SnSe se estima en torno al 32%”.

Está previsto fabricar la célula solar con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa ventana de sulfuro de cadmio (CdS) de tipo n con un bandgap de 2,40 eV, un absorbedor de SnSe de tipo p con un bandgap de 1. 20 eV, una capa de película fina de cobre/indio/selenio (CIS) de tipo p con un bandgap de 1,12 eV, una capa de campo de superficie posterior (BSF) de diseleniuro de tungsteno (WSe2) con un bandgap de 1,65 eV y un contacto metálico de níquel (Ni).

En la configuración de célula propuesta, la ventana de CdS tiene un grosor de 100 nm, lo que, según los científicos, mitiga la absorción parásita, y el absorbedor de SnSE tiene un grosor de 600 nm, que debería equilibrar entre maximizar la absorción y evitar las pérdidas por recombinación de portadores.

“El grosor de 200 nm para el aumentador CIS representa un valor optimizado en el que un mayor grosor no mejora significativamente la eficiencia”, explicaron además. “Por último, el grosor de 100 nm para el WSe2 BSF se eligió porque su impacto era relativamente bajo en este contexto”.

El grupo de investigación probó el diseño de la célula solar mediante una serie de simulaciones a través del software de capacitancia de células solares SCAPS-1D, que es una herramienta de simulación para células solares de película fina desarrollada por la Universidad de Gante (Bélgica) para modelar el rendimiento de las células solares.

Los investigadores eligieron como célula de referencia un dispositivo fotovoltaico de unión simple con una eficiencia de conversión de potencia del 26,12% y basado únicamente en un absorbedor SnSE y una capa de CdS. Sus simulaciones demostraron que con la adición de la capa BSF, la eficiencia de la célula puede elevarse hasta el 33,88%, y que añadiendo una capa CIS puede elevarse hasta el 36,45%.

“Pero el dispositivo n-CdS/p-SnSe/p+-CuInSe2/p++-WSe2 final propuesto es capaz de generar una corriente y un voltaje elevados”, afirmaron. “Esta cifra indica claramente que la corriente aumenta enormemente hasta 42,54 desde 38,62 mA/cm2”. La célula también alcanzó una tensión en circuito abierto de 1,010 V y un factor de llenado del 85,01%.

El diseño de la célula solar se presentó en el artículo “Modeling and efficiency enhancement of SnSe thin film solar cell with a thin CIS layer” (Modelado y mejora de la eficiencia de una célula solar de película fina de SnSe con una fina capa CIS), publicado en Results in Materials. “Estos resultados de simulación en profundidad demuestran el enorme potencial del absorbedor de SnSe con la capa de refuerzo de corriente CIS para la creación de una célula solar de película fina que sea asequible y altamente eficiente”, concluyen los académicos.