Célula solar III-V de cinco uniones con una eficiencia del 35,1%

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Científicos de la Academia China de Ciencias (CAS) han desarrollado con éxito una célula solar de cinco uniones (5J) utilizando un diseño metamórfico invertido (IMM). La célula incorpora subceldas de fosfuro de aluminio, galio e indio (AlGaInP), arseniuro de aluminio y galio (AlGaAs), arseniuro de galio (GaAs) y arseniuro de indio y galio (InGaAs).

Junhua Long, autor correspondiente de la investigación, se mostró optimista sobre la viabilidad comercial de la configuración de la célula. “Aún no hemos calculado los costes de la célula, pero su configuración puede ser adecuada para la producción comercial”, declaró a pv magazine.

Mediante deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD), los investigadores fabricaron un dispositivo de 12 cm2 con una estructura AlGaInP-AlGaAs-GaAs-InGaAs-InGaAs-InGaAs. Cada subcelda posee una energía de banda prohibida específica, con valores de 2,0 eV, 1,67 eV, 1,42 eV, 1,18 eV y 0,83 eV, respectivamente.

Los científicos destacaron la rugosidad cuadrática media de la superficie de la célula, de 13,5 nm, y explicaron su importancia para reducir los obstáculos por deslizamiento de dislocaciones y minimizar la densidad de defectos en la región activa.

“Cuanto menor sea la rugosidad de la superficie de la epilámina, mejor será la calidad del crecimiento de la epilámina”, afirman.

Para abordar los problemas relacionados con la tensión, los investigadores chinos emplearon técnicas de unión a baja temperatura, reduciendo eficazmente los defectos inducidos por la tensión en los materiales epitaxiales. Además, aplicaron un revestimiento antirreflectante (ARC) compuesto de óxido de titanio y óxido de aluminio (TiOx/Al2O3) mediante evaporación por haz de electrones.

La célula solar 5J, evaluada en condiciones de iluminación estándar, obtuvo unos resultados notables. Registró una eficiencia de conversión de potencia del 35,1%, una tensión de circuito abierto de 4,727 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 860 mA/m2 y un factor de llenado del 86,38%.

Los científicos atribuyeron el excepcional rendimiento de la célula solar 5J de gran tamaño al bajo número de dislocaciones de desajuste en el material y a la sencillez del proceso de fabricación del dispositivo flexible.

Presentaron la célula solar en “The fabrication of flexible and large-size inverted metamorphic five-junction solar cells” (Fabricación de células solares de cinco uniones metamórficas invertidas, flexibles y de gran tamaño), publicado recientemente en Progress in Photovoltaics. En el equipo participan académicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y de la empresa china Tianjin San’an Optoelectronics.

“La fabricación con éxito de las células solares flexibles IMM 5J de gran tamaño no sólo promueve la mejora de la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares multiunión, sino que también puede ampliar sus posibles aplicaciones”, concluyen.

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