Científicos alemanes utilizan el germanio para mejorar la eficiencia de células solares en kesterita

Investigadores del centro de investigación alemán Helmholtz-Zentrum Berlin están intentando reemplazar el estaño con germanio en el desarrollo de células solares basadas en kesterita, que es uno de los materiales más prometedores para la próxima generación de células solares de película delgada.

La kesteritas se componen de elementos comunes como cobre, estaño, zinc y selenio y, a diferencia de los compuestos de selenio, cobre, indio y galio (CIGS), no deberían presentar problemas de escasez en el futuro. Los últimos, sin embargo, actualmente pueden proporcionar eficiencias celulares cercanas al 20 %, mientras que las kesteritas hasta ahora han logrado eficiencias de solo un 12,6 %.

En su investigación, el equipo dirigido por la profesora Susan Schorr ha adquirido una nueva visión de las propiedades optoelectrónicas de las muestras de kesteritas no estequiométricas, en las que los átomos de estaño se sustituyeron por germanio, utilizando difracción de neutrones en BER II. Esta técnica les ha permitido ver con mayor precisión cómo el cobre, el zinc y el germanio se pueden distinguir entre sí y ubicarlos en la red cristalina.

Los investigadores encontraron que las kesteritas con una composición ligeramente rica en cobre y rica en zinc en las células solares con las mayores eficiencias también tienen la menor concentración de defectos puntuales, así como el desorden más bajo de cobre y zinc. Descubrieron además que la brecha de la banda de energía en la célula también dependía de la composición de las muestras de polvo de kesterita, y que una mayor concentración de cobre era particularmente perjudicial para el funcionamiento de la célula.

“Este espacio de banda es una característica de los semiconductores y determina qué frecuencias de la luz liberan portadores de carga dentro del material”, dijo el coordinador de investigación, René Gunder. “Ahora sabemos que el germanio aumenta la brecha de banda óptica, permitiendo que el material convierta una mayor proporción de luz solar en energía eléctrica”.