Una célula solar de selenio construida con láser alcanza un factor de llenado récord del 63,7%

Un grupo de científicos de la Universidad Técnica de Dinamarca ha fabricado una célula solar basada en selenio sustituyendo el recocido térmico por una nueva estrategia de recocido láser.

“En nuestro trabajo, hemos investigado el potencial de esta estrategia de recocido por láser específicamente para células solares de capa fina de selenio, e informamos de un nuevo récord mundial de factor de llenado, un nuevo récord mundial de factor de idealidad, y un rendimiento del dispositivo de última generación”, dijo el autor principal de la investigación, Rasmus Nielsen, a pv magazine. “Además, la estrategia de recocido por láser nos permite controlar la morfología del fotoabsorbedor hasta límites increíbles”.

La estrategia de recocido por láser propuesta consiste en iluminar el absorbedor de selenio a través de un sustrato semitransparente, lo que, según los investigadores, da como resultado una rugosidad superficial insignificante y granos más grandes. “La técnica de cristalización es especialmente interesante, ya que permite cristalizar el absorbente de selenio sin calentar el sustrato”, explicó también Nielsen.

El grupo construyó la célula con un sustrato de vidrio sodocálcico, una capa de óxido de estaño (FTO), una capa de transporte de electrones de óxido de titanio (TiO2), un absorbedor de selenio, una capa de óxido de molibdeno (MoOx) y un contacto metálico de oro (Au). La película fina de TiO2 se formó por pulverización catódica de Ti metálico en una atmósfera reactiva con una temperatura elevada del sustrato de 400 C. A continuación, la célula se recoció a 500 C durante 1 h en alto vacío.

“El recocido por láser de la película fina amorfa de selenio se realizó a través del sustrato”, explican los investigadores. “Utilizando esta estrategia de recocido por láser ‘superstrato’, la energía óptica se absorbe predominantemente en las proximidades de la unión separadora de portadores
en lugar de en la superficie abierta, desde donde el selenio puede volver a evaporarse”.

Probada en condiciones de iluminación estándar, la célula alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 5,0% y un factor de llenado récord del 63,7%. El dispositivo también alcanzó un valor récord de factor de idealidad de n = 1,37. El factor de idealidad indica el grado en que una célula solar se asemeja a las características de un diodo ideal.

“Cabe destacar que este valor de factor de llenado es el más alto registrado entre las células solares de selenio y que los factores de llenado de las muestras recocidas por láser superan de forma reproducible a los de las muestras de control recocidas térmicamente, independientemente del rango de dosis de láser investigado”, señalan los científicos. “La mejora del factor de llenado podría atribuirse a la alineación más óptima de los granos de cristal y a la morfología plana de la superficie”.

La célula solar se describe en el artículo “Laser-Annealing and Solid-Phase Epitaxy of Selenium Thin-Film Solar Cells” (Recocido por láser y epitaxia en fase sólida de células solares de capa fina de selenio), publicado en ACS Publications.

El mismo grupo de investigación presentó en diciembre una célula solar de selenio de 0,30 cm2 con un récord mundial de tensión en circuito abierto de 0,99 V.