Físicos de la Universidad de Luxemburgo junto con científicos internacionales han investigado el proceso de oxidación de materiales de células solares cuyos resultados podrían cambiar la forma actual de producir células solares. El estudio ha sido publicado en la reconocida revista Comunicaciones de la naturaleza en julio de 2020.

Los límites de fase son puntos críticos para las propiedades de los materiales. El equipo de investigación acaba de descubrir que cuando los materiales utilizados para las células solares están cerca de un límite de fase, el proceso de oxidación crea mucho más daño que solo la oxidación.

Esta publicación es el resultado de un proyecto de investigación de cuatro años y una fructífera colaboración dentro del Departamento de Física y Ciencia de los Materiales (DPhyMS) entre el Laboratorio de Materiales Energéticos (LEM) dirigido por el Prof. Phillip Dale y el Laboratorio de Energía Fotovoltaica (LPV) dirigido por por la Prof. Susanne Siebentritt. El proyecto fue llevado a cabo con éxito por Diego Colombara y Hossam Elanzeery, que en ese momento eran investigadores postdoctorales e investigadores de doctorado en la Universidad de Luxemburgo, respectivamente.

El equipo explica con más detalle el proyecto.

¿Qué es un límite de fase para los materiales de las células solares?

"Cuando el hielo se derrite y se convierte en agua, cruza un límite de fase. En este caso, es la temperatura la que hace que el material cruce el límite de fase. En semiconductores compuestos, como seleniuro de cobre e indio, que se utiliza en células solares, es la composición la que hace que el material cruce el límite de fase. En el cristal ideal hay tanto Cu como In, y cuando hay más Cu que In, el material está en una fase diferente que cuando hay menos Cu que In ".

¿Cómo controlas este cambio?

"Podemos controlar esto mediante el proceso de deposición. Se sabe desde hace mucho tiempo, que cuando el material se oxida, por ejemplo, cuando lo dejamos demasiado tiempo en el aire, forma un óxido de indio. Lo que encontramos ahora es:cuando el material rico en Cu se oxida, no solo forma óxido de indio, sino que también se vuelve demasiado rico en Cu. Entonces, el Cu debe dejar el material. Y al hacerlo, se lleva el selenio consigo, formando nuevos defectos, las vacantes de selenio. Y esos son malos para las células solares. Esta información no solo es importante por la forma en que fabricamos las células solares. Los materiales de selenida tienen otras aplicaciones en el almacenamiento de datos, lasing y la comunicación. Los hallazgos también serán relevantes para aquellos otros seleniuros o sulfuros que muestren límites de fase similares ".

¿Cómo podemos construir mejores células solares?

"Ahora conocemos el mecanismo de raíz para la aparición de estos defectos dañinos en nuestras células solares y ya hemos descubierto que es posible eliminar parcialmente estos defectos una vez que se forman, forzando un exceso de selenio del exterior. Sobre la base de esta base de conocimientos, Diseñaremos métodos de fabricación que eviten la formación de defectos por completo, como parte de nuestra hoja de ruta para una conversión de energía solar más eficiente ".