Un diagrama estructural de ZnO/Se0.7 Te0.3 Las celdas solares graficadas para mostrar la curva JV, o la relación corriente-voltaje, muestran que ZnO/Se0.7 Te0.3 Las células solares alcanzan una eficiencia superior del 1,85%. Crédito:Jiajia Zheng y otros
Con las emisiones globales de dióxido de carbono relacionadas con la energía alcanzando un máximo histórico en 2021, la necesidad de energía limpia es más apremiante que nunca. Una de esas alternativas a los combustibles fósiles es la energía solar. Las celdas solares se han desarrollado con una variedad de materiales, pero el selenio (Se) es una opción deseable porque es de bajo costo, estable y no tóxico, según Chao Chen, del Laboratorio Nacional de Optoelectrónica (WNLO) y la Escuela de Electrónica Óptica de Wuhan. Información en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, China.
Sin embargo, su eficiencia está limitada por su bajo punto de fusión y su amplia banda prohibida, el rango en el que no pueden existir estados electrónicos. Ahora, Chen y otros investigadores han superado estas limitaciones mediante la aleación de selenio con telurio (Te), lo que hace que las células solares de selenio sean una opción más atractiva.
Los investigadores publicaron sus resultados en Frontiers of Optoelectronics .
El intervalo de banda prohibida óptimo para las células solares de unión única es de 1 a 1,5 eV, según los investigadores, pero la banda prohibida de Se es de aproximadamente 1,8 eV, lo que la hace más amplia de lo ideal para su uso en células solares. Los investigadores pudieron ajustar las células solares al límite de Shockley-Queisser, que es la eficiencia teórica máxima de una célula solar de unión única, combinando selenio con telurio.
"Alear [selenio] con telurio, que tiene la misma estructura cristalina y [tiene una] banda prohibida estrecha, puede ajustar la banda prohibida y aumentar el punto de fusión, expandiendo así el espectro de absorción y mejorando la calidad de las películas [de la célula solar de selenio], ", dijo Chen, profesor asociado de la Escuela de Información Electrónica Óptica de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, quien es el autor correspondiente. "Por lo tanto Se1 - x Tex Se espera que la aleación logre la mejora de la eficiencia de las células solares".
Los investigadores también usaron óxido de zinc (ZnO) como capa de transporte de electrones en la fabricación de las células solares debido a la alineación adecuada de las bandas y la leve reacción en la interfaz del óxido de zinc y el selenio/teluro.
"Se seleccionó el óxido de zinc como capa de transporte de electrones, que puede reaccionar levemente con Se para mejorar su adhesión interfacial y reducir los enlaces colgantes y, por lo tanto, reducir los defectos interfaciales", dijo Chen.
Chen dijo que este uso de óxido de zinc fue una de las partes novedosas de esta investigación, junto con el análisis que los investigadores realizaron sobre ciertos aspectos de las células solares de selenio telurio.
"El mecanismo de recombinación y el tipo de defecto de Se1 - x Tex Las celdas solares de aleación se analizaron mediante caracterizaciones de la admitancia dependiente de la temperatura, la capacitancia y la corriente-voltaje dependientes de la intensidad de la luz, lo que ayudará a optimizar aún más el Se1 - x Tex sistema de aleación", dijo Chen.
Después de fabricar las nuevas células solares de selenio y telurio con capas de transporte de electrones de óxido de zinc, los investigadores descubrieron que el nuevo material conserva las características positivas previamente conocidas de tener un gran coeficiente de absorción y ser muy fotoconductor mientras mejora la eficiencia.
"La eficiencia de ZnO/Se0.7 Te0.3 las células solares se ha más que duplicado después de nueve meses en el aire", dijo Chen. "ZnO/Se0.7 Te0.3 [está probado como] una unión superior con combinación de bandas de energía y adhesión estrecha, y se ha logrado preliminarmente una eficiencia del 1,85 %.
Los investigadores ahora buscan mejorar la fabricación de las células solares y luego escalar la tecnología.
"El próximo paso será preparar Se1 de alta calidad - x Tex Películas de aleación:elimine agujeros y defectos de vacantes, etc., y optimice la estructura del dispositivo, agregando la capa de transporte de agujeros, etc., para mejorar aún más la eficiencia de Se1 - x Tex alear celdas solares y lograr la producción en masa". + Explore más
