Una célula solar en tándem basada en teluro de cadmio y disiliciuro de hierro promete una eficiencia del 43,9%

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Investigadores de la Universidad de Rajshahi (Bangladesh) han simulado una célula solar en tándem de doble unión basada en dos dispositivos fotovoltaicos que se reilizan sobre absorbedores de telururo de cadmio (CdTe) y disiliciuro de hierro (FeSi2).

Las células solares inorgánicas basadas en FeSi2 han atraído recientemente mucha atención de la comunidad científica, ya que estos dispositivos ofrecen una estabilidad térmica superior y buenas propiedades optoelectrónicas en comparación con las células solares convencionales. Además, el Fe y el Si utilizados para formar FeSi2 abundan en la naturaleza.

Los científicos explicaron que su célula en tándem aprovecha la combinación de la mayor banda prohibida de la célula superior de CdTe y la menor banda prohibida de la célula inferior de FeSi2. “La célula superior transforma los fotones con energía elevada de forma eficiente, al tiempo que minimiza las pérdidas por termalización y transmite el espectro solar en la luz de la región del infrarrojo cercano a la célula inferior”, destacaron. “Para mejorar la absorción de la luz, es crucial reducir las pérdidas no deseadas en la unión resultantes de la reflexión superficial de Fresnel”.

Los científicos utilizaron el software de capacitancia de células solares SCAPS-1D, desarrollado por la Universidad de Gante, para simular la novedosa configuración de la célula. Supusieron que la célula superior estaba construida con una capa ventana de sulfuro de cadmio (CdS) de tipo n, el absorbedor CdTe y un campo de superficie posterior (BSF) basado en disulfuro de molibdeno (MoS2). La célula inferior se diseñó con una capa ventana de CdS de tipo n, el absorbedor FeSi2 y un BSF de sulfuro de cobre y estaño (Cu2SnS3).

En la simulación, el equipo tuvo en cuenta parámetros como la banda prohibida de energía, la longitud de difusión y la concentración de dopaje. “El CdTe presenta una banda prohibida de 1,5 eV y una afinidad electrónica de 4,28 eV, mientras que la banda prohibida y la afinidad electrónica del FeSi2 son de 0,87 eV y 4,16 eV, respectivamente”, especificó. “Para la conexión eléctrica se ha partido de una unión en túnel óptima y delgada que conecta las celdas superior e inferior con arquitectura monolítica”.

El análisis numérico demostró que la célula superior de CdTe puede alcanzar una eficiencia de conversión de energía del 26,13%, mientras que la célula inferior de FeSi2 puede llegar hasta el 35,25%. También se demostró que el dispositivo en tándem puede alcanzar una eficiencia del 43,91%, una tensión de circuito abierto de 1,928 V, una corriente de cortocircuito de 25,338 mA/cm2 y un factor de llenado del 88,88%.

“Estos resultados sugieren la viabilidad práctica de fabricar células solares en tándem de doble unión CdTe-FeSi2 de alto rendimiento para una conversión eficiente de la energía solar”, afirman los científicos.

La célula se describe en el estudio “Design and optimization of a high efficiency CdTe-FeSi2 based double-junction two-terminal tandem solar cell” (Diseño y optimización de una célula solar en tándem de dos terminales y doble unión basada en CdTe-FeSi2 de alta eficiencia), publicado en Heliyon.

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