Una célula solar III-V de triple unión con máscara y metalización frontal de placa alcanza una eficiencia del 31,6%

Científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania han fabricado una célula solar de arseniuro de galio (GaAs) III-V mediante un nuevo proceso de metalización frontal que, según afirman, es escalable, de bajo costo y eficiente.

El elevado costo de producir células solares basadas en compuestos de materiales de elementos III-V, denominados según los grupos de la tabla periódica a los que pertenecen, ha confinado estos dispositivos a aplicaciones de nicho, como drones y satélites, donde el bajo peso y la alta eficiencia son preocupaciones más acuciantes que el costo de la energía producida.

“Por primera vez se demuestra la aplicación con éxito de la metalización de máscara y placa en este tipo de dispositivos”, afirman los investigadores. “Teniendo en cuenta el costo y el potencial de escalado, la máscara y la placa tienen el potencial de transformar el procesamiento de cualquier dispositivo fotovoltaico basado en III-V”.

Para la metalización frontal con máscara y placa, el grupo utilizó la epitaxia metalorgánica en fase de vapor (MOVPE), que es una técnica de deposición química de vapor utilizada para producir películas finas monocristalinas o policristalinas, y también implementó un nuevo esquema de impresión en dos pasos que, según se informa, permite la realización de aberturas de máscara extremadamente estrechas.

“Utilizando aberturas de máscara tan estrechas, se obtuvieron dedos de contacto metalizados”, afirman los académicos, que señalan que el área metalizada de la célula de muestra no superaba las partes confinadas por la máscara. “Esto demuestra que se pueden realizar dedos con una anchura de sombreado de (10,5 ± 0,8) µm utilizando el procesamiento de máscara y placa”.

También afinaron el espaciado de las gotas en las aberturas de la máscara de los dedos, donde se encuentran con las barras colectoras, para evitar pérdidas resistivas. “Esto garantiza una gran homogeneidad en la anchura de los dedos finales y, por tanto, favorece el flujo de corriente generado por la luz que sale de la célula”, explicaron.

A continuación, formaron los dedos de contacto mediante electrodeposición de níquel en las aberturas de la máscara y afirmaron que los dedos chapados destacaban por su gran homogeneidad y nitidez en los bordes de los dedos. “El hecho de que los bordes de los dedos no muestren estructuras similares al sangrado subraya la alta calidad de esta metalización”, subrayaron.

La célula solar campeona construida con la arquitectura propuesta alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 31,6%. “Esto demuestra claramente el gran potencial de este método de metalización para células solares III-V//Si”, concluyen los científicos.

Su enfoque se presentó en el artículo “Mask and plate: a scalable front metallization with low-cost potential for III-V-based tandem solar cells enabling 31.6 % conversion efficiency” (Máscara y placa: una metalización frontal escalable con potencial de bajo costo para células solares en tándem basadas en III-V que permiten una eficiencia de conversión del 31,6), publicado en scientific reports.