(PhysOrg.com) - Como parte del progreso reciente en la mejora de las células solares para un uso generalizado, investigadores de la Universidad de Purdue han diseñado células solares hechas de bajo costo, abundantes materiales que son fácilmente escalables y muy estables. Los investigadores han aumentado la eficiencia del área total de las células solares al 7,2% y planean realizar más mejoras en el futuro.

Los investigadores, Qijie Guo, Grayson M. Ford, Wei-Chang Yang, Bryce C. Walker, Eric A. Stach, Hugh W. Hillhouse, y Rakesh Agrawal, han publicado su estudio sobre las células solares mejoradas en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense. Fabricaron las células solares a partir de cobre-zinc-estaño-calcogenuro (CZTSSe), que es un material abundante en la Tierra, utilizando un método de deposición de película delgada basado en solución. Investigaciones anteriores han demostrado que estos métodos pueden proporcionar altos rendimientos a menores costos de fabricación en comparación con otros métodos.

El diseño de la célula solar se basa en un estudio anterior de los investigadores en el que demostraron que las células solares fabricadas con nanocristales CZTS son potencialmente viables. aunque tenían eficiencias inferiores al 1%. Aquí, los investigadores realizaron mejoras significativas en el diseño ajustando la composición de los nanocristales y desarrollando un método de recubrimiento de película delgada más robusto.

Después de sintetizar los nanocristales y aplicarlos sobre un sustrato para un espesor de película total de 1 micrómetro, los investigadores observaron que la película de nanocristales presentaba grandes granos densamente empaquetados, lo que conduce a una mejora de la eficiencia de las células solares. En prueba, las células solares podrían alcanzar una eficiencia de área total del 7,2%. Como explicó el coautor Hugh Hillhouse, la eficiencia del área total se refiere a toda la celda, en lugar de solo el "área activa".

"Es la eficiencia total del área lo que más importa, " el dijo PhysOrg.com. "Algunas personas informan de una eficiencia de" área activa ", que solo incluye áreas a las que llega la luz. Sin embargo, Todas las células solares de película delgada están hechas con contactos de metal que impiden que la luz llegue a algunas áreas. Cuando incluye esta pérdida, utilizamos el término eficiencia de "área total". Es la eficiencia más justa e importante ”.

La eficiencia del 7,2% se alcanzó después de un "remojo ligero" durante 15 minutos bajo la iluminación de un sol; cuando se apagó la luz, la eficiencia se redujo al 6,89%.

“El remojo de luz simplemente significa que iluminamos la celda con luz solar simulada de intensidad normal durante un período de tiempo antes de realizar la medición, ”Dijo Hillhouse. "Lo más probable, el ligero remojo permite que los portadores fotogenerados llenen las trampas, cambiar los niveles cuasi-Fermi, y / o barreras de pantalla creadas por desplazamientos de banda. No presenta ningún problema, ya que las células solares reales están naturalmente empapadas de luz, se sientan al sol ".

Aunque actualmente no hay células solares CZTS o CZTSSe en el mercado para comparar, las células solares de este estudio son muy competitivas con otros métodos de fabricación.

“Las mejores células formadas por procesos de vacío solo han alcanzado el 6,7%, ”Dijo Hillhouse. "Normalmente, las células solares producidas por procesos basados ​​en el vacío han sido más eficientes, pero también más caro. Para el caso de CZTS, el enfoque de la fase de solución (nuestra ruta de nanocristales y la ruta de hidracina de IBM) es más eficiente ".

Un área potencial de mejora para estas células solares radica en mejorar su baja eficiencia cuántica para la luz de longitudes de onda más largas (es decir, el rango del infrarrojo cercano). Los investigadores intentaron mejorar esta eficiencia aumentando el grosor del absorbente, aunque sus experimentos iniciales mostraron que las capas absorbentes más gruesas también tenían una mayor resistencia. En el futuro, planean optimizar la fabricación de películas más gruesas, lo que podría aumentar aún más la eficiencia general.

"Hay mucha libertad de composición en el sistema CZTSSe, y es probable que las composiciones óptimas, estructura del dispositivo, y las condiciones de procesamiento aún no se han encontrado, pero estamos trabajando en ello, ”Dijo Hillhouse.

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