Thin Films para céldas solares más eficientes.


Una célda solar de silicio que utiliza un contacto de electrones con nitrato de tantalio con electrones para mejorar la eficiencia. Crédito: KAUST

La eficiencia de las céldas solares se puede aumentar con los contactos de las thin films desarrollados por los investigadores de KAUST.

Para mejorar el rendimiento de las céldas solares es necesario examinar cada aspecto de su diseño. Primero, esto significa mejorar la calidad cristalina del material absorbente para maximizar la conversión de fotones a electrones cargados negativamente y agujeros cargados positivamente. A continuación, la arquitectura del dispositivo debe optimizarse para garantizar que estos portadores de carga puedan moverse de manera eficiente a través del material. Finalmente, los contactos eléctricos que extraen los portadores del dispositivo y en un circuito externo deben perfeccionarse.

Xinbo Yang y sus colegas del Centro Solar KAUST y el Laboratorio Central KAUST, junto con compañeros de trabajo de la Universidad Nacional de Australia, se centran en este tercer paso mediante el desarrollo de contactos de thin fiulms de nitrato de tantalio con electrones para células solares de silicio .

La interfaz entre un silicio y un contacto metálico puede crear una barrera de alta resistencia que interrumpe el flujo de corriente. Además, los estados electrónicos inducidos por el metal en la superficie del silicio permiten que el portador de carga se recombine, lo que reduce la eficiencia de conversión. Tradicionalmente, se adoptaron procesos de alto costo, como la difusión y la deposición química de vapor de capas adicionales para reducir la resistencia de contacto y la recombinación del portador.

Yang y el equipo combaten estos problemas colocando nitruro de tantalio en silicio utilizando un método conocido como deposición de capa atómica: hacen esto al exponer la superficie a un gas, lo que provoca que una película delgada de alta calidad acumule un átomo a la vez.

“Los contactos de nitrato de tantalio selectivos por electrones pueden reducir simultáneamente la recombinación del portador de carga y la resistencia de contacto”, explica Yang. “Esto puede simplificar la complejidad de la fabricación del dispositivo y reducir el costo de producción”.

Al investigar experimentalmente las propiedades eléctricas de la interfaz de nitruro de tántalo y silicio, los investigadores demostraron que la capa intermedia de nitruro de tántalo podía reducir la resistencia de contacto al flujo de electrones de los contactos de silicio y metal hechos de plata o aluminio. Pero, simultáneamente, bloqueó el flujo de agujeros, reduciendo la recombinación del portador.

El equipo creó una célda solar de silicio que utiliza un contacto de electrones de nitrato de tantalio con electrones. Demostraron que esto mejoró la eficiencia de conversión de energía (la relación entre la salida de energía eléctrica y la entrada de energía óptica) en más del 20 por ciento sobre un dispositivo de control construido sin nitruro de tantalio. También descubrieron que simplificaba la secuencia de fabricación del dispositivo y el costo al eliminar el dopaje y los procesos de apertura de contactos.

“También estamos investigando la posible aplicación de capas de transporte de electrones de nitruro de tantalio para céldas solares orgánicas y de perovskita”, explica el científico de KAUST e investigador principal, Stefaan De Wolf.

Proporcionado por: Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología

Dejar un comentario