Las células solares CIGSe están hechas de una fina capa de calcopirita de cobre, indio galio y selenio y pueden alcanzar altas eficiencias. Dado que el indio se está volviendo escaso y caro, es interesante reducir la capa CIGSe activa, lo que, sin embargo, reduce considerablemente la eficiencia. Ahora, Los científicos de Helmholtz-Zentrum Berlin han producido capas CIGSe ultrafinas de alta calidad y han aumentado su eficiencia mediante una serie de diminutas nanopartículas entre el contacto posterior y la capa activa.

Las nanopartículas con tamaños del orden de una longitud de onda interactúan con la luz de formas específicas. Un grupo de jóvenes investigadores en Helmholtz-Zentrum Berlin, dirigido por la profesora Martina Schmid, está investigando cómo utilizar arreglos de tales nanopartículas para mejorar las células solares y otros dispositivos optoelectrónicos. Ahora los científicos informan en ACS Nano un éxito considerable con las células solares ultrafinas CIGSe.

Los problemas se suman por debajo de 1 micrómetro

Las células solares CIGSe han demostrado una alta eficiencia y son dispositivos establecidos de película delgada con capas activas de unos pocos micrómetros de espesor. Pero dado que el indio es un elemento raro, la capa activa debe ser lo más fina posible. Esto reduce la eficiencia, ya que se absorbe menos luz. Y si la capa activa es más delgada que un micrómetro, surge un problema adicional:cada vez más portadores de carga se encuentran y recombinan en el contacto posterior, perderse".

Célula CIGSe ultrafina con eficiencias del 11,1%

"Me tomó más de un año poder producir capas ultrafinas de solo 0,46 micrómetros o 460 nanómetros que aún alcanzan eficiencias razonables de hasta el 11,1%, "Guanchao Yin dice sobre su proyecto de doctorado. Luego comenzó a investigar cómo implementar nanopartículas entre diferentes capas de la célula solar. Su supervisora ​​Martina Schmid discutió esto con el Prof. Albert Polman, uno de los pioneros en el campo de la nanofotónica, en el Centro de Nanoóptica, Amsterdam, con quien estuvo en contacto por un tiempo. Propusieron producir matrices de nanopartículas dieléctricas mediante tecnologías de nanoimpresión.

No hay gran efecto por las nanopartículas en la parte superior.

En un primer paso los colegas de Amsterdam implementaron un patrón de nanopartículas dieléctricas de TiO2 sobre las células solares ultradelgadas de Yin; la idea era que actuaran como trampas de luz y aumentaran la absorción en la capa CIGSe. Pero esto no aumentó la eficiencia tanto como se demostró en las células solares basadas en Si. Luego, Yin continuó probando y finalmente descubrió lo que funcionaba mejor:¡una matriz de nanopartículas no en la parte superior sino en el contacto posterior de la célula!

Nanopartículas en el contacto posterior:la eficiencia aumenta al 12,3%

Los colegas de Amsterdam produjeron una serie de nanopartículas de SiO2, directamente sobre el sustrato de molibdeno que corresponde al contacto posterior de la célula solar. Sobre este sustrato estructurado, Yin cultivó la capa ultrafina de CIGSe, y posteriormente todas las demás capas y contactos necesarios para la célula solar. Con esta configuración, la eficiencia aumentó del 11,1% al 12,3%, y la densidad de corriente de cortocircuito de las células ultrafinas CIGSe aumentó en más de 2 mA / cm2. Con nanopartículas antirreflectantes adicionales en la parte delantera, las eficiencias aumentaron incluso al 13,1%.

Atrapamiento de luz y prevención de la pérdida del portador de carga

"Esto conduce a una captura de luz eficiente y no deteriora la celda, "Yin explica. Otros estudios indican que el nanoarray de nanopartículas dieléctricas de SiO2 en la parte posterior también podría aumentar la eficiencia al reducir las posibilidades de recombinación del portador de carga". Este trabajo es solo el comienzo, ahora tenemos nuevas ideas para diseños adicionales para mejorar la absorción y reducir la recombinación, aumentando así la eficiencia al hacer uso de los beneficios ópticos y eléctricos de las nanopartículas, ", Dice Martina Schmid.