Las kesteritas revolucionarán las células solares económicas
Las células solares de película delgada actuales se basan en calcogenuros como el cobre, indio, galio y selenio (CIGS) y telururo de cadmio (CdTe). No obstante, la desventaja de estas células solares es que contienen indio y telurio, que son elementos raros y costosos. Además, dada su alta toxicidad, utilizar cadmio provoca serios problemas medioambientales. Un equipo de científicos del proyecto PVICOKEST (International cooperative programme for photovoltaic kesterite based technologies) se propuso encontrar un material de absorción alternativo para las tecnologías fotovoltaicas de película delgada avanzadas. La estructura de CIGS y de una clase de materiales cristalinos denominados kesteritas es muy similar. Las kesteritas pueden incluir compuestos químicos como el cobre, zinc, estaño, selenio y azufre, pero no incluyen indio. Las células solares de kesterita no son mucho más eficientes que las células solares de CIGS y CdTe (9,6 %). No obstante, la singularidad de esta película delgada es que está formada por materiales más económicos, abundantes y respetuosos con el medio ambiente. El equipo de PVICOKEST desarrolló películas y cristales de compuestos kesterita ternarios, cuaternarios y seudocuaternarios y los insertó en dispositivos de células solares prototipo. Se centró en estudiar cómo las propiedades fisicoquímicas y estructurales de estos compuestos afectan al rendimiento de las células solares. Con diferentes técnicas de microscopia y espectroscopia fue posible adquirir más información sobre las propiedades electrónicas y estructurales de la kesterita. En general, las modificaciones a los cristales y diagramas de fase de las kesteritas presentan dificultades. Los científicos identificaron los principales modos de vibración de la kesterita para diferentes cristales y películas de kesteritas y los asociaron a la presencia de fases ordenadas y desordenadas. También pusieron a punto una metodología para evaluar el tamaño de los cristales de sulfuro de zinc en la región interfacial entre la kesterita absorbente y la capa de contacto posterior. La información obtenida sobre la estructura de la banda electrónica de la kesterita que contiene estaño y germanio es de gran utilidad. Una conclusión interesante fue que es posible diseñar una banda prohibida en una kesterita que contiene estaño si se sustituye el metal con el germanio semiconductor. Esto es especialmente importante en la síntesis de células solares dispuestas en serie. Las tecnologías fotovoltaicas con kesteritas cumplen con las exigencias económicas, de eficiencia y sostenibilidad para la comercialización de células solares. Las actividades de investigación de PVICOKEST contribuyen al liderazgo de Europa en materia de energía solar.
Palabras clave
Kesteritas, células solares, materiales de absorción, indio, fotovoltaico
