La eficiencia de las células solares puede aumentarse mediante contactos de película delgada desarrollados por investigadores de KAUST.

Mejorar el rendimiento de las células solares requiere examinar todos los aspectos de su diseño. Primero, esto significa mejorar la calidad cristalina del material absorbente para maximizar la conversión de fotones en electrones cargados negativamente y huecos cargados positivamente. Próximo, La arquitectura del dispositivo debe optimizarse para garantizar que estos portadores de carga puedan moverse de manera eficiente a través del material. Finalmente, Es necesario perfeccionar los contactos eléctricos que extraen los portadores del dispositivo y los introducen en un circuito externo.

Xinbo Yang y sus colegas del KAUST Solar Center y del KAUST Core Lab, junto con compañeros de trabajo de la Universidad Nacional de Australia, Concéntrese en este tercer paso desarrollando contactos de película delgada de nitruro de tantalio selectivos de electrones para células solares de silicio.

La interfaz entre un contacto de silicio y metal puede crear una barrera de alta resistencia que interrumpe el flujo de corriente. Adicionalmente, los estados electrónicos inducidos por el metal en la superficie del silicio permiten que el portador de carga se recombine, lo que reduce la eficiencia de conversión. Tradicionalmente, procesos de alto costo, tales como la difusión y la deposición de vapor químico de capas adicionales se adoptaron para reducir la resistencia al contacto y la recombinación del portador.

Yang y el equipo combaten estos problemas colocando nitruro de tantalio sobre silicio mediante un método conocido como deposición de capa atómica:lo hacen exponiendo la superficie a un gas, haciendo que una película delgada de alta calidad se acumule un átomo a la vez.

"Los contactos de nitruro de tantalio selectivos de electrones pueden reducir simultáneamente la recombinación del portador de carga y la resistencia de contacto, "explica Yang." Esto puede simplificar la complejidad de fabricar el dispositivo y reducir el costo de producción ".

Al investigar experimentalmente las propiedades eléctricas de la interfaz nitruro de tantalio-silicio, Los investigadores demostraron que la capa intermedia de nitruro de tantalio podía reducir la resistencia de contacto al flujo de electrones de los contactos de silicio y metal hechos de plata o aluminio. Pero, simultáneamente bloqueó el flujo de agujeros, reduciendo la recombinación del portador.

El equipo creó una célula solar de silicio que utilizó un contacto de metal-nitruro de tántalo selectivo de electrones. Demostraron que esto mejoraba la eficiencia de conversión de energía, la relación entre la salida de energía eléctrica y la entrada de energía óptica, en más de un 20 por ciento en comparación con un dispositivo de control construido sin el nitruro de tantalio. También descubrieron que simplificaba la secuencia de fabricación del dispositivo, y costo, eliminando el dopaje y los procesos de apertura de contactos.

"También estamos investigando la posible aplicación de capas de transporte de electrones de nitruro de tantalio para células solares orgánicas y de perovskita, "explica el científico e investigador principal de KAUST, Stefaan De Wolf.