Célula solar liviana de capa monograno flexible de próxima generación desarrollada por investigadores de TalTech. Crédito:Profesor Jüri Krustok
Como resultado de su proyecto conjunto de dos años, Los investigadores de materiales de la Universidad Tecnológica de Tallin han mejorado la eficiencia de las células solares de próxima generación mediante la sustitución parcial de cobre por plata en el material absorbente.
El desarrollo económico y el crecimiento general del consumo de energía han llevado a una mayor demanda de producción de energía respetuosa con el medio ambiente a menor coste. La mayoría de las soluciones viables se pueden encontrar en el sector de las energías renovables. Las nuevas tecnologías para la producción de energía deben proporcionar bajo costo, soluciones ecológicas con aplicaciones versátiles, haciendo de la energía solar la mejor solución en la actualidad. Los investigadores de materiales de TalTech están trabajando en el desarrollo de la energía fotovoltaica de próxima generación:células solares de capa monograno.
La investigadora principal del laboratorio TalTech de materiales fotovoltaicos, Marit Kauk-Kuusik, dice:"La producción de células solares de silicio tradicionales que comenzó en la década de 1950 todavía consume muchos recursos y energía. Nuestra investigación se centra en el desarrollo de la próxima generación de células solares, es decir, células solares de película fina basadas en semiconductores compuestos ".
Una célula solar de película delgada consta de varias capas delgadas de materiales semiconductores. Para células solares de película delgada eficientes, como absorbente debe utilizarse un semiconductor con muy buenas propiedades de absorción de la luz. El absorbente de silicio no es un candidato adecuado para las células solares de película delgada debido a la absorción de luz no óptima que conduce a una capa absorbente bastante gruesa. Los investigadores de TalTech están desarrollando materiales semiconductores compuestos llamados kesteritas (Cu 2 ZnSn (Se, S) 4 ), que además de una excelente absorción de luz, contienen abundantes elementos químicos de la tierra y de bajo costo (por ejemplo, cobre, zinc, estaño, azufre y selenio). Para producir kesteritas, Los investigadores de TalTech utilizan una tecnología de polvo monograno, que es único en el mundo.
"La tecnología de polvo monograno que estamos desarrollando difiere de otras tecnologías similares de fabricación de células solares utilizadas en el mundo en términos de su método. En comparación con las tecnologías de evaporación al vacío o de pulverización catódica, que se utilizan ampliamente para producir estructuras de película delgada, la tecnología de polvo monograno es menos costosa, "Dice Marit Kauk-Kuusik.
La tecnología de crecimiento de polvo es el proceso de calentar componentes químicos en un horno de cámara especial a 750 grados durante cuatro días. Posteriormente la masa obtenida se lava y tamiza en máquinas especiales. El sintetizado, microcristalino de alta calidad, El polvo de monograno se utiliza para la producción de células solares. La tecnología del polvo se diferencia de otros métodos de producción en particular por su bajo costo, ya que no requiere ningún equipo costoso de alto vacío.
Investigadora principal del Laboratorio TalTech de Materiales Fotovoltaicos Marit Kauk-Kuusik. Crédito:TalTech
El polvo monograno consta de microcristales únicos que forman células solares en miniatura conectadas en paralelo en un módulo grande (cubierto con una capa de amortiguación ultrafina). Esta, sin embargo, proporciona importantes ventajas sobre los módulos fotovoltaicos de la generación anterior, es decir, paneles solares a base de silicio. Las células fotovoltaicas son ligeras, flexible, puede ser transparente, además de ser respetuoso con el medio ambiente y significativamente menos costoso.
El indicador de la calidad de la energía fotovoltaica es la eficiencia. La eficiencia depende no solo de las propiedades de los materiales utilizados y de la estructura de la célula solar, sino también sobre la intensidad de la radiación solar, ángulo de incidencia y temperatura.
Las condiciones ideales para lograr la máxima eficiencia son las montañas frías y soleadas, no en un desierto caluroso, como era de esperar, porque el calor no mejora la eficiencia de las células solares. Es posible calcular la eficiencia teórica máxima para cada panel solar, cuales, Desafortunadamente, hasta ahora ha sido imposible de lograr en la realidad, pero es un objetivo a perseguir.
"Hemos llegado a un punto en nuestro desarrollo en el que el reemplazo parcial del cobre por plata en los materiales absorbentes de kesterita puede aumentar la eficiencia en un 2%. Esto se debe a que el cobre es de naturaleza altamente móvil, causando una eficiencia inestable de las células solares. La sustitución del 1% de cobre por plata mejoró la eficiencia de las células solares de capa monograno del 6,6% al 8,7%. "Dice Marit Kauk-Kuusik.
Los dos grupos de investigadores de materiales de TalTech:los grupos de investigación de física de materiales fotovoltaicos y materiales optoelectrónicos publicaron un artículo "El efecto de la aleación Ag de Cu 2 (Zn, Cd) SnS 4 sobre las propiedades del polvo monograno y el rendimiento de las células solares "en una revista científica de alta calidad Revista de Química de Materiales A .
