Una célula solar de teluro de cadmio basada en un emisor de óxido de indio y galio alcanza el 17,2%

Investigadores de la Universidad de Toledo (Estados Unidos) han desarrollado una célula solar flexible de telururo de cadmio (CdTe) basada en una capa emisora de óxido de indio y galio (IGO) y un conductor transparente de estannato de cadmio (CTO) como electrodo frontal.

“Se empleó una capa de seleniuro de cadmio (CdSe) pulverizada para incorporar Se a un absorbedor de CdTe depositado por sublimación en espacio cerrado, y se utilizó tiocianato de cobre(I) (CuSCN) como capa de transporte de huecos entre el CdTe y el electrodo metálico posterior”, declaró a pv magazine Manoj Kumar Jamarkattel, autor correspondiente de la investigación. “Esta configuración del dispositivo es muy prometedora para la construcción de sistemas fotovoltaicos integrados, aplicaciones espaciales y fabricación a mayor velocidad”.

Los científicos construyeron la célula con un superestrato basado en Corning Willow Glass, que es un vidrio flexible y ultrafino fabricado por la multinacional tecnológica Corning con su propio proceso patentado de estirado por fusión. Produjeron el conductor transparente CTO mediante pulverización catódica junto con un recocido de proximidad con CdS. La capa amortiguadora delantera estaba formada por una aleación de IGO, preparada por pulverización catódica conjunta.

Además, prepararon el absorbedor de la célula depositando primero CdSe por pulverización catódica seguido de CdTe depositado por sublimación en espacio cerrado. Se utilizó CuSCN como fuente de dopaje de Cu y como capa intermedia de transporte de huecos. La célula también cuenta con un contacto metálico de oro (Au) y un revestimiento antirreflectante (AR).

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión energética del 17,2%, una tensión de circuito abierto de 861 mV, una densidad de cortocircuito de 27,8 mA/cm2 y un factor de llenado del 71,7%. Con iluminación de masa de aire cero (AM0) para aplicaciones espaciales, estos valores descendieron al 14,6%, 861 mV, 32,3 mA/cm2 y 71,2%, respectivamente.

“Utilizamos IGO y CuSCN como emisor frontal y tampón de contacto posterior, respectivamente”, explicaron los científicos. “Esto ayudó a mejorar aún más la tensión de circuito abierto. El IGO tiene una alineación de banda favorable con el absorbedor, lo que minimiza la recombinación de portadores en la parte delantera, y el CuSCN ayuda a minimizar la recombinación en la interfaz trasera”.

El grupo de investigación añadió que la célula ha logrado la mayor eficiencia registrada hasta la fecha en células solares flexibles de CdTe.

El dispositivo se presentó en el artículo “17.2% Efficient CdSexTe1-x solar cell with (InxGa1-x)2O3 emitter on lightweight and flexible glass” (Célula solar CdSexTe1-x 17,2% eficiente con emisor (InxGa1-x)2O3 sobre vidrio ligero y flexible), publicado en Applied Physics Letters.

La Universidad de Toledo ha desarrollado varios tipos de células solares de CdTe en los últimos años. Los dispositivos incluyen, entre otros, una célula con una eficiencia del 20% basada en una capa tampón comercial de óxido de estaño(IV) (SnO2) y un dispositivo con una eficiencia del 17,4% que utiliza una capa de óxido de cobre-aluminio en la cara posterior de la película delgada de CdTe.