Una célula solar de CIGS aleada con plata alcanza una eficiencia del 17,7%

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu-Gyeongbuk (DGIST) de Corea del Sur han desarrollado una célula fotovoltaica aleada con plata basada en la tecnología de capa fina de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) que, según afirman, puede alcanzar una notable eficiencia de conversión de potencia del 17,7% sin aplicar tratamientos posteriores a la deposición ni recubrimientos antirreflectantes.

Los científicos explicaron que los dispositivos fotovoltaicos de CIGS con aleación de plata (ACIGS) requieren un proceso de producción que precisa temperaturas de evaporación más bajas y permite menores brechas de banda energética.

“Esta investigación pretende explorar el impacto de las condiciones de fabricación, como la temperatura de procesado o la cantidad de plata (Ag) añadida”, afirmaron. “Nuestro objetivo es mejorar la densidad de corriente para fabricar células solares en tándem de perovskita/CIGS de alta eficiencia con el potencial de alcanzar eficiencias superiores al 30%”.

El grupo de investigación fabricó diferentes muestras de células, en las que se evaporaron cobre (Cu) y selenio (Se) a temperaturas de sustrato que oscilaban entre 340 ºC y 470 ºC. El proceso de fabricación, en todas las muestras, comenzó con una capa ultrafina de Ag. A continuación, se inició un proceso de coevaporación en tres etapas. En su primera etapa, se suministraron indio (In), galio (Ga) y Se a una temperatura aproximada de 340 ºC.

La segunda etapa consistió en evaporar Cu y Se a temperaturas del sustrato comprendidas entre 340 ºC y 470 ºC hasta que se formó una fase CIGS rica en Cu. En la tercera y última etapa, se evaporaron In, Ga y Se sobre el sustrato a la misma temperatura que en la segunda etapa.

Tras completar el proceso de tres etapas, las películas se evaluaron mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) combinadas con análisis de rayos X de energía dispersiva (EDX).

Los científicos fabricaron la célula con un sustrato de vidrio, una capa tampón de trióxido de molibdeno (MoO3), el absorbedor ACIGS, una capa tampón de sulfuro de cadmio (CdS), una capa ventana de óxido de zinc (i-ZnO) y una capa ventana de ZnO dopado con aluminio (AZO).

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula, procesada a una temperatura de 340 ºC, alcanzó una eficiencia del 15,4%.

Cuando se procesó a temperaturas de 440 ºC, el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 17,7%. “La densidad de cortocircuito de la célula puede controlarse mediante la temperatura de procesado en la configuración ACIGS”, afirmaron. “Estos resultados subrayan la importancia de comprender la temperatura de deposición y su impacto en las propiedades de las películas ACIGS, allanando el camino para nuevos avances en la tecnología de células solares”.

El diseño de la célula solar se presentó en el artículo “Exploring the deposition pathway in the notch region of double-graded bandgap ACIGS solar cells” (Explorando la vía de deposición en la región de muesca de células solares ACIGS de banda prohibida de doble grado), publicado en la revista Journal of Science: Advanced Materials and Devices. “Este estudio demuestra correlaciones entre el comportamiento de difusión de los elementos y la formación del punto de entalla en las películas ACIGS, que en última instancia influyen en la tensión del circuito de corriente resultante y en el factor de llenado”, concluyen los científicos.