Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania han fabricado una célula solar tándem de perovskita y silicio que se basa en un dispositivo fotovoltaico inferior con un diseño TOPCon y una alta calidad de pasivación.
« Hemos construido el primer dispositivo tándem de perovskita y silicio que integra una célula inferior TOPCon con una parte frontal texturizada estándar de la industria, logrando una eficiencia superior al 30 %», declaró a pv magazine el autor principal de la investigación, Mario Hanser. «Demostrar que el diseño de la célula TOPCon2 y su flujo de proceso optimizado son compatibles con la integración tándem de perovskita y silicio supone un paso clave hacia la producción industrial rentable de células solares tándem».
En el artículo «Fully-Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Exceeding 30% Efficiency on Both Side Tunnel Oxide Passivating Contacted Bottom Cells» (Células solares tándem de perovskita/silicio totalmente texturizadas que superan el 30 % de eficiencia en ambas células inferiores con contacto pasivado de óxido túnel), publicado recientemente en RRL Solar, Hanser y sus colegas explicaron que la célula inferior propuesta se basa en dos contactos pasivados de óxido túnel de área completa desarrollados mediante deposiciones de capas de silicio amorfo dopado in situ en una sola cara.
Esta configuración de célula presenta una textura piramidal aleatoria a escala micrométrica convencional en la parte frontal, que los científicos describieron como estándar en las líneas de producción de silicio y que proporciona una mayor resistividad de derivación. También destacaron que las derivaciones locales en el emisor TOPCon se identifican como un reto principal para el diseño de las celdas solares TOPCon2, en comparación con la arquitectura de heterounión (HJT), ya que son más frecuentes en las obleas de tipo n, donde la capa p-TOPCon de la superficie posterior forma la unión pn.
Los científicos utilizaron la deposición química en fase vapor mejorada por plasma (PECVD) para la deposición hidrogenada de nitruro de silicio (SiNy) en obleas con una parte trasera p-TOPCon plana y la deposición de óxido de aluminio y nitruro de silicio (AlOx-SiNy), con ambos lados de la célula recocidos en un horno a 650 °C.
«En las obleas con una parte posterior texturizada, la metalización posterior consiste en una pila de capas hecha con óxido de indio y estaño (ITO) y plata (Ag), mientras que las partes posteriores planas p-TOPCon están en contacto directo con Ag», especificaron, señalando que se utilizó un recocido de curado con placa calefactora después de la deposición por pulverización catódica de ITO para evitar daños.
A continuación, la célula TOPCon inferior se integró en un dispositivo tándem con un dispositivo de perovskita superior construido con un sustrato de ITO, una capa de transporte de huecos (HTL) hecha de un ácido fosfónico llamado carbazol sustituido por metilo (Me-4PACz), un absorbedor de perovskita, una capa de transporte de electrones (ETL) basada en buckminsterfullereno (C60), una capa tampón de óxido de estaño (SnOx), un recubrimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2) y un contacto metálico de Ag.
Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula tándem alcanzó una eficiencia de conversión de energía del 30,6 %, un voltaje de circuito abierto de 1930 mV, una densidad de corriente de cortocircuito de 19,8 mA cm2 y un factor de llenado del 80 %, y las pruebas demostraron que la célula alcanzó un rendimiento comparable al de una célula tándem de referencia basada en un dispositivo HJT inferior.
«Esto indica claramente que la formación y el rendimiento de la célula superior no se ven afectados por el tipo de sustrato de silicio, SHJ o TOPCon», subrayaron los científicos. «Se espera que este resultado sea transferible a otros conceptos de célula inferior que cuenten con un contacto frontal n-TOPCon texturizado, por ejemplo, las células solares TOPCon interdigitadas (iTOPcon)».
De cara al futuro, los científicos tienen previsto transferir el diseño de célula propuesto al material Czochralski (CZ), relevante desde el punto de vista industrial.
Otros investigadores del Fraunhofer ISE han aplicado recientemente, por primera vez, el denominado enfoque de metalización frontal con máscara y placa al desarrollo de células solares tándem de perovskita-silicio. Fabricaron una célula solar tándem de 1,21 cm² con un dispositivo inferior de heterounión. La célula alcanzó una eficiencia del 19,35 %, según se informa, el valor más alto alcanzado hasta la fecha para este tipo de célula utilizando metalización frontal galvánica.
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