Nuevo récord de eficiencia para una célula solar multi-unión: 30,2%

Investigadores del Instituto Fraunhofer para sistemas de Energía solar (Fraunhofer ISE) y de la compañía austriaca Grupo EV (EVG) nos enseñan cómo han conseguido fabricar con éxito una célula solar multi-unión basada en silicio, con dos contactos y una eficiencia que excede los límites teóricos de las células solares de silicio.

Para conseguirlo, los investigadores han utilizado un proceso llamado”unión directa de obleas” para transferir micras de material semiconductor III-V (así llamado porque se trata de semiconductores de los grupos III y V de la tabla periódica de los elementos) al silicio, una técnica muy conocida en la industria de la microelectrónica cuando se fabrican chips de ordenadores. Después de la activación del plasma, las superficies de la subcélula se unen en vacío aplicando presión. Los átomos en la superficie de la subcélula III-V se unen con los átomos de silicio, creando un dispositivo monolítico.

La eficiencia que se alcanza presenta un primer resultado para este tipo de célula solar multi-unión basada en el silicio. La complejidad de de su estructura interior no se evidencia por su aspecto exterior. De hecho, la célula solar tiene un contacto frontal y trasero simple, como una célula solar de silicio convencional y por lo tanto se puede integrar en módulos fotovoltaicos de igual manera.

Trabajamos con métodos para superar los límites teóricos de las células solares de silicio”, afirma Frank Dimroth, jefe de departamento en el Fraunhofer ISE.”ES nuestra larga experiencia con las tecnologías del silicio y los semiconductores III-V lo que nos ha permitido alcanzar este récord”. El laboratorio de calibración del Fraunhofer ISE ha medido una eficiencia del 30,2% para una célula solar multi-unión de III-V/Si de 4 cm². Para hacerse una idea de lo que supone el salto, la mayor eficiencia de una célula solar de silicio puro hasta la fecha era de 26,3% y el límite de eficiencia teórica para este tipo de células solares es del 29,4%.

¿Qué es una célula solar multi-unión?

La célula solar multi- unión de III-V/Si, esta constituida por una secuencia de subcélulas apiladas una encima de la otra. Los llamados “diodos de túnel” conectan internamente las tres subcélulas de galio-indio-fosfuro (GaInP), arseniuro de galio (GaAs) y silicio (Si), que abarcan el rango de absorción del espectro del, sol. La célula superior de de Ga In P absorbe la radiación entre 30 y 600 nanómetros. La subcélula del medio,GaAs, absorbe la que va entre los 500 los 800nm. Y la del fondo, la de silicio, la radiación comprendida entre los 650 y los 1.180 nm.

Las capas III-V son depositadas especialmente sobre un substrato de GaAs y luego unidas a la estructura de la célula solar de silicio. Después se saca del sustrato de GaAs y se coloca el contacto frontal y trasero, además de un revestimiento antirreflectante. “La clave del éxito fue hallar un proceso de fabricación de una superficie lisa y altamente dopada que es adecuada para la unión de obleas ya para aplicar las diferentes necesidades de silicio y de semiconductores III-V”, explica Jan Benick, jefe del equipo de Fraunhofer ISE. “Confiamos en nuestra experiencia de décadas de investigación en el desarrollo de las células solares de silicio de mayor eficiencia”.

Eicke Weber, director del instituto, se nuestra satisfecho de que Fraunhofer ISE haya logrado romper el techo de cristal de un 30% de eficiencia con esta célula. “Con este logro hemos abierto la puerta para nuevas mejoras de eficiencia de células basadas en el largamente probado silicio”.