Los investigadores siguen superando los límites de la tecnología de células solares de silicio en su afán por utilizar menos material en células más delgadas y ligeras sin sacrificar la eficiencia ni la durabilidad.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores del fabricante chino de módulos integrados verticalmente Longi ha desarrollado procesos para fabricar células solares de heterounión (HJT, por su acrónimo en inglés) de alta eficiencia, evitando al mismo tiempo la fragilidad y los resultados de menor eficiencia observados en intentos anteriores de producir células más delgadas.
En el estudio “Flexible silicon solar cells with high power-to-weight ratios” (Células solares de silicio flexibles con elevada relación potencia-peso), publicado en nature, los científicos afirman que el grosor de la nueva célula oscila entre 57 μm y 125 μm y se fabrica utilizando obleas M6 con una superficie de 274,4 cm2.
El adelgazamiento de las obleas no sólo reduce el peso y el costo, sino que también facilita la migración y separación de la carga, señaló el equipo de investigación.
“El perfil flexible y delgado de estas células solares abre nuevas oportunidades para incorporar la generación de energía solar a diversos aspectos de la vida cotidiana y la industria en electrónica portátil, fotovoltaica integrada en edificios, transporte, aplicaciones espaciales y tecnologías emergentes con superficies o estructuras no convencionales”, declaró a pv magazine Xixiang Xu, jefe del equipo de I+D de Longi y autor correspondiente.
El equipo desarrolló su propio sistema de control y regulación para posibilitar un proceso continuo de deposición química en fase vapor (CVD) con plasma de bajo daño para evitar la epitaxia y mantener la uniformidad de la superficie. Se trata de una modificación del proceso convencional de CVD paso a paso y no continuo para la pasivación, señalaron los investigadores.
Además, aplicaron un “proceso de siembra nanocristalina autorrestaurativa y crecimiento vertical para los contactos dopados” en un proceso de CVD mejorado por plasma (PECVD) de alta frecuencia, que permitió cultivar “contactos selectivos de portadores de tipo n y tipo p de alta calidad” para la capa de transporte de agujeros y las capas de transporte de electrones.
Otra innovación consistió en utilizar la impresión por transferencia láser sin contacto para depositar líneas de rejilla de bajo sombreado. Para las capas de óxido conductor transparente (TCO), optaron por el óxido de indio dopado con cerio (ICO) y un proceso de deposición por plasma reactivo (RPD) de bajo daño.
El equipo depositó ICO como el recubrimiento de TCO utilizando un método de deposición de plasma reactivo de bajo daño, que según ellos “produjo un rendimiento eléctrico superior, incluyendo una resistividad mucho menor (2,7 × 10-4 Ω cm) y una mayor movilidad de portadores (83,1 cm V-1 s -1), en comparación con los del óxido de indio y estaño derivado de pulverización catódica por magnetrón reportados en otros lugares”, añadiendo que el proceso “jugó un papel decisivo en la posterior mejora de la estabilidad.”
La célula alcanzó una eficiencia de conversión de potencia certificada del 26,06% con un grosor de 57 μm, un valor del 26,56% con un grosor de 106 μm, y una eficiencia máxima del 26,81% con un grosor de 125 μm. La célula solar de 57 μm presentaba también la mayor relación potencia-peso (1,9 W g-1) y tensión de circuito abierto (761 mV).
Los resultados fueron validados por el Instituto de Investigación de Energía Solar de Hamelin (Alemania).
Los científicos también lograron reducir las pérdidas ópticas optimizando la configuración de las líneas de la rejilla mediante una tecnología de impresión por transferencia láser “sin contacto compatible con la industria”. “La anchura de los dedos pudo reducirse de 40 μm (impresión serigráfica típica) a 18 μm, con el área de sombreado controlada a menos del 2%”, señalaron.
Según el artículo, los dispositivos se sometieron a pruebas de degradación inducida por el potencial y por la luz. “Este avance tecnológico proporciona una base práctica para la comercialización de células solares flexibles, ligeras, de bajo costo y muy eficientes, y se prevé la posibilidad de doblar o enrollar células solares de silicio cristalino para viajar”, concluye el equipo.
El equipo estaba formado por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jiangsu y la Universidad de Curtin.
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