Electrodos de óxido de indio dopados con circonio para células solares de heterounión

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Un grupo de investigación europeo dirigido por la Universidad italiana de Catania ha probado el uso de óxido de indio (In2O3) dopado con circonio (Zr) como película conductora transparente en las células solares de heterounión de silicio (HJT, por sus inciales en inglés) desarrolladas por el fabricante de módulos 3Sun, una unidad de la compañía energética italiana Enel.

“La reducción del uso de indio puede lograrse disminuyendo el grosor de las películas de óxidos conductores transparentes (TCO)”, explican los investigadores. “El principal problema de un TCO con espesor reducido está relacionado con el consiguiente aumento de la resistencia de la lámina. Por eso, el punto clave es el dopaje del óxido de indio con impurezas que puedan mejorar la conductividad”.

Los científicos probaron la película en varias configuraciones, con concentraciones atómicas de Zr y espesores variables. Decidieron dopar el In2O3 con Zr, ya que es un metal de transición (TM) de tipo III que puede realizarse con alta movilidad y concentración de portadores.

Todas las películas de este experimento se depositaron a temperatura ambiente y se sometieron a un tratamiento térmico posterior a la deposición a 200 ºC en el aire. “Esto hace que el procedimiento de síntesis sea compatible con los procesos de fabricación industrial y las aplicaciones en dispositivos flexibles con sustratos poliméricos”, destacaron.

Las películas delgadas de óxido de indio dopado con circonio (IZrO) se depositaron en un área de 4 cm x 4 cm. Mientras que el valor estándar de la película delgada en las células solares comerciales de silicio cristalino suele ser de 100 nm, en el primer experimento, el IZrO tenía un grosor de 40 nm. Al mismo tiempo, el contenido de Zr osciló entre 0,6 at.% y 0,9 at.%.

Con una concentración atómica de Zr del 0,6%, se crearon películas con distintos grosores de 15 nm, 40 nm y 90 nm. “La película más fina de 15 nm se comparó con otras películas TCO ultrafinas (ITO-20nm y AZO-20nm) mostrando la resistencia de lámina más baja”, señalan los académicos.

Por último, el grupo probó los electrodos de IZrO en las células de Sun. Utilizaron películas de IZrO de 90 nm como contactos delantero y trasero de los dispositivos HJT bifaciales de silicio. El rendimiento de los electrodos de IZrO fue “comparable” al de sus homólogos estándar basados en óxido de indio y estaño.

“Estos resultados sugieren que las películas ultrafinas de IZrO pueden utilizarse con éxito para reducir los costos y la cantidad de indio empleado en las capas transparentes de óxido conductor basadas en indio para células solares”, declaró el grupo de investigación.

Las nuevas películas se presentaron en el estudio “Zirconium doped indium oxide thin films as transparent electrodes for photovoltaic applications” (Películas delgadas de óxido de indio dopadas con circonio como electrodos transparentes para aplicaciones fotovoltaicas), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells. La investigación fue llevada a cabo por científicos de la Universidad italiana de Catania, del Consejo Nacional de Investigación, de Enel Green Power, así como del instituto holandés AMOLF Physics of Functional Matter y de la Universidad de Ámsterdam.

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