Fraunhofer ISE anuncia una eficiencia del 33 % para la célula solar multiunión

El instituto Fraunhofer ISE de Alemania para la energía solar y el fabricante de equipos austriaco EVG han logrado un nuevo récord de eficiencia del 33,3 % para una célula solar multiunión basada en silicio.

Los investigadores lograron la alta eficiencia de conversión con capas finas de semiconductores de 0,002 milímetros, menos de una vigésima parte del espesor de un cabello, a partir de semiconductores compuestos III-V, que se depositaron en una celda solar de silicio.

“La capa del material semiconductor III-V es tan delgada que, en última instancia, los costes del material no son un obstáculo”, dijo Frank Dimroth de Fraunhofer ISE a pv magazine. Con el éxito que se ha logrado ahora, Fraunhofer pretende demostrar el potencial de la tecnología, que logra un grado significativamente más alto de eficiencia en comparación con las células de silicio convencionales.

Ya en noviembre de 2016, los investigadores alemanes habían demostrado una eficiencia del 30,2 % con su socio industrial EVG, un resultado que luego se mejoró al 31,3 % en marzo de 2017. Ahora han sido capaces de mejorar significativamente la absorción de la luz y la separación de carga en el silicio, logrando así el nuevo valor récord.

Los investigadores combinaron las capas delgadas semiconductoras III-V de 1,9 micras con el silicio usando un proceso conocido en microelectrónica come la unión directa de obleas. Las superficies se desoxidaron en una cámara de vacío utilizando un haz de iones y luego se presionaron juntas bajo presión. Los átomos de la superficie III-V formaron enlaces con el silicio.

La célula solar, que no tiene la misma estructura interna compleja de las células solares de silicio convencionales, tiene un contacto frontal y uno posterior simples y, al igual que las células convencionales, se puede integrar en los módulos solares.

“Los llamados ‘diodos de túnel’ conectan internamente las tres subcélulas hechas de fosfuro de galio e indio (GaInP), arseniuro de galio (GaAs) y silicio (Si), que abarcan el rango de absorción del espectro del sol. La célula superior GaInP absorbe radiación entre 300 y 670 nm. La subcélula de GaAs media absorbe radiación entre 500 y 890 nm y la subcélula de Si inferior entre 650 y 1180 nm”, explicaron los científicos.

El siguiente paso sería desarrollar las maquinarias para la futura producción a gran escala, dijo Dimroth. “Hasta ahora, necesitamos cuatro horas para cubrir el área de cuatro centímetros cuadrados: para una fabricación competitiva, necesitamos poder cubrir áreas mucho más grandes en pocos minutos”.

Él estima que pasarán hasta otros diez años antes de que la producción en masa sea posible. Sin embargo, Dimroth ve un gran potencial de reducción de costos. “Incluso en la producción de células solares de silicio convencionales, el costo de la producción a gran escala se ha reducido en un factor de 100”, él dijo.

En el camino hacia la producción industrial, en particular, los costos de la epitaxia III-V y la tecnología de unión tendrían que reducirse aún más.

Los resultados y el récord de eficiencia han sido publicados en la revista “Nature Energy”.