Científicos dirigidos por la Universidad Tecnológica M.M.M. de Gorakhpur (India) han desarrollado una célula solar en tándem basada en una célula superior de cobre, indio, galio y diseleniuro (CIGS) y una inferior que depende de un absorbedor de nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT).
“Hasta donde sabemos, éste es el primer intento de construir células solares en tándem basadas en CIGS y SWCNT”, declaró a pv magazine Alok Patel, autor correspondiente de la investigación. “En la célula superior utilizamos un WSeTe ultrafino, un compuesto perteneciente al grupo de los dicalcogenuros de metales de transición, como capa amortiguadora para reducir la pérdida de absorción. En la celda inferior, utilizamos una capa amortiguadora de disulfuro de circonio (ZrS2), que también pertenece al grupo de los dicalcogenuros de metales de transición”.
Los SWCNT se utilizaron anteriormente en la investigación solar como alternativa a los contactos de rejilla metálicos convencionales o a las capas de transporte de huecos (HTL), ya que se dice que combinan propiedades optoelectrónicas, flexibilidad, estabilidad química y protocolos de transferencia sencillos para cubrir grandes superficies.
En el estudio “Design and performance investigation of CIGS/SWCNT tandem solar cell for efficiency improvement” (Investigación de diseño y rendimiento de la célula solar en tándem CIGS/SWCNT para mejorar la eficiencia), publicado en Optics Communication, el grupo de investigación explica que optimizaron numéricamente la célula solar mediante el software de capacitancia de células solares SCAPS-1D, desarrollado por la Universidad de Gante, para simular el novedoso diseño de la célula de película fina.
Los académicos diseñaron la célula superior con un CIGS como absorbedor, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en WSeTe, un contacto de aluminio y una capa ventana de óxido de zinc (i-ZnO). En cuanto a la célula inferior, estaba previsto que se basara en el absorbedor SWCNT, la capa tampón ZrS2 y una capa ventana de óxido de indio y estaño (ITO). La célula inferior tiene una banda prohibida de 1,24 eV y el dispositivo superior de 1,18 eV, lo que, según los científicos, garantiza que el dispositivo inferior absorba las longitudes de onda más altas que se transfieren desde la célula superior.
La célula CGIS con un absorbedor de 2.000 nm de grosor alcanzó una eficiencia máxima de conversión de potencia del 23,69%, una tensión de circuito abierto de 0,7437 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 40,25 mA/cm2 y un factor de llenado del 79,15%. El dispositivo SWCNT con un absorbedor de 2.000 nm de grosor alcanzó una eficiencia máxima de conversión de potencia del 17,10%, una tensión en circuito abierto de 0,5653 V, una densidad de corriente en cortocircuito de 40,36 mA/cm2 y un factor de llenado del 74,96%.
Para la célula en tándem, los científicos utilizaron una versión de la célula CIGS con una eficiencia del 22,82% y una muestra del dispositivo SWCNT con una eficiencia del 16,05%, con lo que su eficiencia combinada alcanzó el 38,91%. “Este trabajo de investigación puede ayudar a fabricar células fotovoltaicas en tándem eficientes basadas en materiales CIGS y SWCNT”, afirman los investigadores.
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