Las células solares de trisulfuro de antimonio optimizadas podrían alcanzar una eficiencia del 11,68%

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Un equipo internacional de investigación dirigido por la Comisión de Energía Atómica de Bangladesh ha desarrollado un nuevo diseño de células solares de película fina basadas en trisulfuro de antimonio (Sb2S3).

Hasta ahora, este tipo de célula ha estado lejos de alcanzar la producción comercial debido a la baja cristalinidad y alta resistividad de la película de Sb2S3, que afecta a la eficiencia. Sin embargo, el Sb2S3 tiene un buen bandgap, que oscila entre 1,70 y 1,90 eV, y un notable coeficiente de absorción de luz, por lo que sigue siendo un material prometedor para futuras aplicaciones de células fotovoltaicas.

Teniendo esto en cuenta, los investigadores estudiaron los mecanismos de transporte, la resistencia y los defectos de las células de Sb2S3. “La novedad de este trabajo radica en el examen teórico detallado de las células solares de Sb2S3, centrándose específicamente en la intrincada interacción de varios mecanismos de transporte, como la recombinación potenciada por efecto túnel, la recombinación en la interfaz Sb2S3/CdS y la recombinación no radiativa”, explicaron.

Para abordar estos obstáculos, el grupo de investigación adoptó un marco de modelización para analizar los mecanismos de transporte y sus interacciones. “El objetivo principal de este estudio es determinar meticulosamente el mecanismo de recombinación dominante”, afirmaron, señalando que otros factores que influyen en la eficiencia de una célula de Sb2S3 son el dopaje de la capa de sulfuro de cadmio (CdS), el grosor, el bandgap y la afinidad.

Los científicos también investigaron los efectos de la resistencia de derivación (Rsh, por su acrónimo en inglés) y la resistencia en serie (Rs) en el rendimiento de la célula, así como el impacto de los defectos interfaciales en la interfaz CdS/Sb2S3.

El modelo propuesto se aplicó a una estructura de célula de Sb2S3 convencional que integraba un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO) recubierto de vidrio, una capa de CdS, un absorbedor de Sb2S3 y un contacto metálico de oro (Au). Este análisis demostró que el aumento del dopaje y el grosor del CdS mejora los mecanismos de generación y separación al potenciar el campo eléctrico y la tasa de absorción.

“La configuración optimizada de la célula solar demuestra mejoras significativas con una alta densidad de corriente de cortocircuito de 9,5 mA cm-2, una tensión de circuito abierto de 1,16 V, un factor de llenado del 54,7% y un notable aumento del 30% en la eficiencia de conversión en comparación con las células solares convencionales”, señalaron los científicos, añadiendo que el diseño de célula propuesto puede alcanzar una eficiencia del 11,68%, que se compararía con el 6,5% de un dispositivo no optimizado.

“El trabajo de simulación no sólo arroja luz sobre las limitaciones y posibilidades actuales, sino que también sienta las bases para futuras líneas de investigación”, concluyó el equipo.

La nueva arquitectura de la célula se presentó en el estudio “Scrutinizing transport phenomena and recombination mechanisms in thin film Sb2S3 solar cells” (Examinando los fenómenos de transporte y los mecanismos de recombinación en células solares Sb2S3 de película delgada), publicado en scientific reports. El equipo de investigación está formado por científicos del Laboratorio HNS-RE2SD de Argelia, la Universidad Autónoma de Querétaro (México), el Instituto Saveetha de Ciencias Médicas y Técnicas de la India y la Academia Chettinad de Investigación y Educación, así como de la Universidad Rey Saud de Arabia Saudí y la Universidad Yeungnam de Corea del Sur.

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