Presentan una célula solar CIGS con una eficiencia récord mundial del 23,64%

El fabricante fotovoltaico sueco First Solar European Technology Center AB, una unidad del productor estadounidense de módulos solares de capa fina First Solar, y la Universidad de Uppsala han presentado una nueva célula solar basada en la tecnología de cobre, indio, galio y diseleniuro (CIGS).

El Centro Europeo de Tecnología de First Solar era conocido anteriormente como Evolar, una empresa fundada en 2019 a partir del fabricante de capa fina de CIGS Solibro, ahora insolvente. Posteriormente fue adquirida por First Solar en mayo de 2023. La empresa se centra en el desarrollo de soluciones, incluido el equipo de fabricación, para comercializar la tecnología solar en tándem con películas delgadas de perovskita.

La nueva célula solar alcanzó una eficiencia de conversión de potencia máxima del 23,75% y una eficiencia certificada del 23,64%, batiendo así el anterior récord mundial del 23,35% logrado en 2019 por la japonesa Solar Frontier. El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania confirmó el resultado.

“Lo logramos combinando cuatro enfoques diferentes”, dijo el autor principal de la investigación, Jan Keller, a pv magazine. “Añadimos una concentración relativamente alta de plata al absorbedor y aplicamos un perfil de profundidad de galio (Ga) en forma de ‘palo de hockey’. Además, adaptamos un tratamiento posterior a la deposición (PDT) de fluoruro de rubidio (RbF) a la composición del absorbedor y lo sometimos a una iluminación prolongada”.

Estos procesos, según el equipo de investigación, consiguieron mejorar la microestructura, reducir la densidad de defectos y mitigar las fluctuaciones de la brecha de banda, pasivar la superficie del absorbedor y aumentar la densidad de dopaje. “En conjunto, esto permitió reducir el déficit de tensión en circuito abierto, lo que se tradujo en una elevada eficiencia radiativa externa del 1,6%”, añadió Keller.

Presentado en el estudio “High-concentration silver alloying and steep back-contact gallium grading enabling copper indium gallium selenide solar cell with 23. 6% efficiency”, publicado recientemente en Nature Energy, la célula se construyó con un sustrato de vidrio recubierto de molibdeno (Mo), una capa de fluoruro sódico (NaF), el absorbedor CIGS, la capa de RbF, una capa tampón de sulfuro de cadmio (CdS), una capa ventana de óxido de zinc (i-ZnO), una película de óxido de zinc dopado con aluminio (ZnO:Al) y un revestimiento antirreflectante a base de fluoruro de magnesio (MgF2).

Los científicos explicaron que utilizaron una cantidad relativamente alta de plata en el absorbedor y colocaron un perfil de galio en forma de “palo de hockey” con una concentración alta de Ga cerca del contacto posterior de Mo y una concentración más baja y constante en la región más cercana a la capa amortiguadora de CdS. También aplicaron un tratamiento postdeposición (PDT) estándar con RbF, que, según dijeron, permitió reducir el grosor de la capa tampón de CdS a 25 nm.

“Nuestro estudio demuestra que la tecnología de capa fina de CIGS es una alternativa competitiva como célula solar autónoma. La tecnología también tiene propiedades que pueden funcionar en otros contextos, como la célula inferior de una célula solar en tándem”, afirmó el equipo de investigación.

De cara al futuro, los científicos afirman que podrían aumentar la eficiencia de la célula por encima del 25%. Esto se conseguiría evitando la absorción parásita en las capas de ventana y amortiguadora, manteniendo los mismos niveles de tensión de circuito abierto y factor de llenado. “Para superar este nivel, hay que seguir mejorando la calidad del absorbedor y alcanzar valores de eficiencia radiativa externa (ERE) muy superiores al 1,6% para reducir aún más el déficit de tensión en circuito abierto y el factor de idealidad”, concluyeron.