Científicos de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing (China) han fabricado una célula solar de película fina de kesterita (CZTSSe) que utiliza un electrodo transparente.
La kesterita es uno de los materiales absorbentes de luz más prometedores para su posible uso en células solares de película fina de bajo coste. Las kesteritas incluyen elementos comunes como cobre, estaño, zinc y selenio. A diferencia de los compuestos CIGS, no se prevén cuellos de botella en el suministro en el futuro.
Sin embargo, la kesterita sigue siendo menos eficiente que el CIGS en la producción en masa. El récord mundial de este tipo de células es del 12,6%, logrado por el productor japonés de capa fina Solar Frontier en 2013.
“Nuestra célula podría utilizarse en fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) y agrivoltaica, así como en ventanas y fachadas solares”, declaró el investigador Hao Xin a pv magazine.
Los investigadores construyeron la célula utilizando un sustrato transparente de óxido de estaño dopado con flúor (FTO) recubierto de molibdeno (Mo) en lugar de los sustratos de uso común basados en vidrio sodocálcico opaco recubierto de Mo. También añadieron una capa de trióxido de molibdeno (MoO3) entre el FTO y la película precursora para evitar el crecimiento excesivo de granos en la superficie del absorbedor.
Además, los investigadores recurrieron al dopaje con sodio (Na) y a la aleación con plata (Ag) para facilitar el crecimiento de los granos. Disolvieron el compuesto del absorbedor en una solución de dimetilsulfóxido (DMSO).
“La solución se recubrió por rotación sobre un sustrato FTO para formar una película precursora, que luego se recoció con selenio en un tubo de horno para formar el absorbente CZTSSe”, explican los científicos. A continuación, se depositó una capa amortiguadora de sulfuro de cadmio (CdS) sobre CZTSSe mediante deposición por baño químico”.
Los académicos también depositaron una capa ventana de óxido de zinc intrínseco (i-ZnO) y óxido de indio y estaño (ITO) mediante pulverización catódica. Finalizaron el proceso de fabricación mediante la evaporación térmica de electrodos superiores de níquel (Ni) y aluminio (Al).
En condiciones de iluminación estándar, una célula con un área activa de 0,103 cm2 y un revestimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2) alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 11,43%, una tensión en circuito abierto de 0,522 V, una corriente de cortocircuito de 33,0 mA cm-2 y un factor de llenado del 68,55%. El Centro Nacional de Mediciones y Ensayos de la Industria Fotovoltaica de China, del Instituto de Metrología de Fujian (FJL), certificó los resultados.
“La alta eficiencia y el sencillo proceso de disolución de las células solares de kesterita sobre electrodos transparentes que aquí se describen abren la puerta de esta tecnología de película fina ecológica y de bajo coste a muchas aplicaciones avanzadas, como las células solares semitransparentes, bifaciales y en tándem”, concluyen los científicos.
Los investigadores presentaron la tecnología de células en “11.4% Efficiency Kesterite Solar Cells on Transparent Electrode” (Células solares de kesterita con un rendimiento del 11,4% sobre electrodo transparente), publicado recientemente en Advanced Energy Materials. “Por el momento, no hemos calculado el coste de producción de las células, pero estamos seguros de que las materias primas que intervienen en la propia fabricación de las células son muy baratas”, afirmaron.
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