Una célula solar de arseniuro de galio alcanza una eficiencia del 23,1% mediante porosificación electroquímica

Un equipo de investigación belgo-canadiense afirma haber encontrado una forma de desarrollar células solares de arseniuro de galio (GaAs) a un costo menor, manteniendo al mismo tiempo altas eficiencias de conversión de potencia.

Los científicos afirman haber cultivado la célula sobre películas desmontables de germanio (Ge), lo que permite reutilizar el Ge en otras aplicaciones, reduciendo así los costos de producción. “Al crear ingeniosamente una capa débil entre las capas epitaxiales y el sustrato de germanio, hemos descubierto la posibilidad de reutilizar el germanio, lo que supone una reducción significativa tanto del impacto ambiental como de los costos de producción de los dispositivos optoelectrónicos”, declaró a pv magazine el profesor de Sherbrooke Maxime Darnon.

En el artículo “High-efficiency GaAs solar cells grown on porous germanium substrate with PEELER technology” (Células solares de GaAs de alta eficiencia cultivadas sobre sustrato poroso de germanio con tecnología PEELER), publicado en RRL Solar, el equipo de investigación explica que, para crear esta capa débil, utilizó la llamada técnica PEELER, una novedosa técnica de porosificación electroquímica utilizada originalmente para obleas de silicio.

“La versatilidad del proceso PEELER va mucho más allá de la tecnología tradicional de células solares”, afirma Darnon. Desde su aplicación fundacional en la producción de células solares de alta eficiencia que redefinen los estándares del sector hasta la creación de soluciones solares ligeras y adaptables, PEELER abre las puertas a un sinfín de posibilidades”. Demostrado con una célula solar de una sola unión, el concepto es aplicable a las células solares multiunión. Se adapta perfectamente a aplicaciones espaciales en las que el peso y la eficiencia son primordiales. Además, el proceso encuentra su aplicación en la fotovoltaica de concentración, optimizando la captura de energía en entornos de luz solar concentrada”.

Utilizando deposición química de vapor metal-orgánico (MOCVD), los investigadores fabricaron un dispositivo fotovoltaico de GaAs con contacto frontal de 1 mm2 basado en un sustrato de Ge, la capa débil de Ge, una capa epitaxial de Ge, el absorbedor de GaAs, un contacto superior hecho de níquel (Ni), Ge y oro (Au), y una capa de contacto.

El dispositivo campeón construido con esta arquitectura alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,1%, una tensión de circuito abierto de 1,012 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 26,28 mA/cm2 y un factor de llenado del 81,98%.

“El rendimiento demostrado de las células fotovoltaicas de GaAs de unión única sobre obleas de Ge de 100 mm porosificadas no sólo iguala sino que supera el de las células solares de GaAs de última generación fabricadas sobre sustrato desmontable, lo que demuestra el potencial transformador del cultivo de dispositivos optoelectrónicos de alta eficiencia sobre películas de Ge desmontables”, declaró Darnon.

Según los investigadores, el experimento también demostró la compatibilidad de la estructura porosa con la técnica de crecimiento MOCVD, lo que confirma el potencial industrial del método propuesto.

El grupo de investigación estaba formado por científicos de la Universidad de Sherbrooke (Canadá), el promotor canadiense de proyectos energéticos Saint-Augustin Canada Electric Inc. y el proveedor belga de materiales de germanio Umicore Electro-Optic Materials.