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Super high efficiency Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells approaching 25%

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Tratamientos postdeposición para aumentar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas de película delgada

La industria de las celdas fotovoltaicas están centrada en aumentar la eficiencia y reducir los costes. Científicos financiados con fondos europeos han superado todas las expectativas al lograr eficiencias sin precedentes en celdas fotovoltaicas de película delgada.

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Los sistemas fotovoltaicos que convierten la energía de la luz solar en electricidad evolucionan a una velocidad asombrosa. La primera generación de celdas fotovoltaicas de silicio sigue siendo fundamental a la hora de abastecer de energía al mundo entero. La producción anual de módulos fotovoltaicos de segunda generación o de celdas fotovoltaicas de película delgada no deja de crecer. No obstante, su eficiencia suele ser menor que la lograda con tecnologías de primera generación. El ambicioso proyecto financiado con fondos europeos Sharc25 se propuso igualar ambas tecnologías. Las celdas fotovoltaicas de película delgada se fabrican mediante la deposición de capas muy finas de materiales semiconductores (de unos pocos micrómetros o menos) en un sustrato de apoyo. Sharc25 se dedicó sobre todo a celdas fotovoltaicas de diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS, por sus siglas en inglés) sobre sustratos de vidrio y de otra índole. Innovaciones fundamental en el procesamiento postdeposición y el diseño de interfaces facilitaron el logro de resultados de primer nivel. Tratamientos postdeposición nuevos para eliminar los obstáculos Según el coordinador del proyecto, Wolfram Witte, cuando se puso en marcha el proyecto Sharc25 en 2015, «solo unos pocos institutos de investigación y empresas en todo el mundo habían superado la cifra del 20 % de eficiencia para celdas fotovoltaicas CIGS, normalmente mediante un tratamiento de fluoruro de potasio postdeposición (KF-PDT)». Los socios de Sharc25, ZSW y Empa, eran dos de ellos. En una evolución de los procesos de KF-PDT para los absorbedores CIGS, los investigadores del proyecto ampliaron su repertorio de PDT de metal alcalino mediante PDT de fluoruro de rubidio (RbF‐PDT) o PDT de fluoruro de cesio (CsF-PDT). La mejora de los procesos de fabricación del absorbedor CIGS y el diseño de interfaz avanzado facilitó el logro de eficiencias incluso mayores. En junio de 2016, el proyecto logró un nuevo récord del mundo para celdas fotovoltaicas CIGS de superficie pequeña sobre sustratos de vidrio con una eficiencia del 22,6 %. Los sustratos flexibles son una solución versátil para la construcción y las aplicaciones portátiles. Sharc25 mejoró en este ámbito y logró un nuevo récord mundial de eficiencia para una celda fotovoltaica CIGS en un substrato flexible con un 20,8 % de eficiencia. La publicación de los resultados y los procesos asociados alentó una nueva hornada de investigaciones y labores de desarrollo en todo el mundo que se valían de RbF-PDT o CsF-PDT, lo que amplió las capacidades de esta tecnología. Con la vista puesta en el futuro Las empresas asociadas comercializan la tecnología de película delgada de gran eficiencia mediante procesos PDT de metal alcalino para producir módulos fotovoltaicos de gran superficie a partir de celdas fotovoltaicas CIGS de película delgada. Además, las tecnologías de película delgada de Sharc25 podrían encontrar pronto aplicación en la tercera generación de dispositivos fotovoltaicos basados en la perovskita. La perovskita atrae cada vez más la atención mundial gracias a su eficiencia demostrada superior al 20 % y a su banda prohibida de energía elevada. Los científicos de Sharc25 fabricaron una celda fotovoltaica CIGS de un 18 % de eficiencia con RbF-PDT y una banda prohibida de energía baja de 1,0 eV. Tal y como explica Witte: «Este material es un candidato ideal para una celda inferior en una aplicación tándem con un material de banda prohibida elevada como la perovskita de tercera generación de celda superior». El equipo difundió sus resultados mediante presentaciones en congresos y la publicación prolífica de artículos en revistas científicas revisadas por pares. El consorcio organizó además dos talleres públicos internacionales. «Sharc25 generó información exhaustiva sobre la física de las celdas solares CIGS de película delgada y elevada eficiencia a través de métodos avanzados de caracterización, herramientas analíticas, simulación de dispositivos y modelización funcional de la densidad», concluye Witte. Gracias a este método complementario, Sharc25 desarrolló otros nuevos con los que aumentar la eficiencia, algunos de los cuales ya se emplean en cadenas de producción. Debido a los récords logrados en celdas fotovoltaicas CIGS, el equipo dejó el listón muy alto en el ámbito de las celdas fotovoltaicas de película delgada.

Palabras clave

Sharc25, celda fotovoltaica, CIGS, tratamiento postdeposición (PDT), eficiencia, película delgada, sustrato, flexible, energía, deposición, banda prohibida, luz, metal alcalino, interfaz, fotovoltaico, electricidad

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