Un equipo de investigación internacional ha simplificado los pasos para crear células solares de silicio altamente eficientes mediante la aplicación de una nueva mezcla de materiales a un diseño estándar. Las matrices de células solares se utilizan en paneles solares para convertir la luz solar en electricidad.
La combinación especial de materiales, que también podría resultar útil en componentes semiconductores, elimina la necesidad de un proceso conocido como dopaje que dirige las propiedades del dispositivo al introducir átomos extraños en sus contactos eléctricos. Este proceso de dopaje agrega complejidad al dispositivoy puede degradar su rendimiento.
"La industria de las células solares está impulsada por la necesidad de reducir costos y aumentar el rendimiento", dijo James Bullock, autor principal del estudio, publicado esta semana en Energía natural . Bullock participó en el estudio como investigador visitante en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab y UC Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU.
"Si nos fijamos en la arquitectura de la célula solar que fabricamos, es muy simple", dijo Bullock, de la Universidad Nacional de Australia ANU. "Esa simplicidad puede traducirse en un costo reducido".
Otros científicos de Berkeley Lab, UC Berkeley, ANU y el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana EPFL también participaron en el estudio.
Bullock agregó: "Las células solares de silicio convencionales usan un proceso llamado dopaje de impurezas, que conlleva una serie de limitaciones que dificultan aún más el progreso".
La mayoría de las células solares actuales usan obleas de silicio cristalino. La oblea en sí, y a veces las capas depositadas en la oblea, están dopadas con átomos que tienen electrones de sobra cuando se unen con átomos de silicio, o alternativamente generan deficiencias de electrones, o "agujeros ". En ambos casos, este dopaje mejora la conductividad eléctrica.
En estos dispositivos, se requieren dos tipos de átomos dopantes en los contactos eléctricos de la célula solar para regular cómo viajan los electrones y los agujeros en una célula solar para que la luz solar se convierta eficientemente en corriente eléctrica que fluye fuera de la célula.
Las células solares cristalinas a base de silicio con contactos dopados pueden exceder el 20 por ciento de eficiencia, lo que significa que más del 20 por ciento de la energía del sol se convierte en electricidad. Una celda de silicio sin dopante no había excedido previamente el 14 por ciento de eficiencia.
El nuevo estudio, sin embargo, demostró una celda de silicio sin dopante, denominada celda DASH heterocontacto asimétrico sin dopante, con una eficiencia promedio superior al 19 por ciento. Esta mayor eficiencia es producto de los nuevos materiales y un simpleproceso de recubrimiento para capas en la parte superior e inferior del dispositivo. Los investigadores demostraron que es posible crear su célula solar en solo siete pasos.
En este estudio, el equipo de investigación utilizó un núcleo de silicio cristalino o una oblea y aplicó capas de silicio sin dopaje llamado silicio amorfo.
Luego, aplicaron recubrimientos ultrafinos de un material llamado óxido de molibdeno, también conocido como óxido de molibdeno, en el lado de la célula solar que mira hacia el sol, y fluoruro de litio en la superficie inferior. Las dos capas tienen espesores de decenas de nanómetros., actúan como contactos libres de dopantes para agujeros y electrones, respectivamente.
"El óxido de moly y el fluoruro de litio tienen propiedades que los hacen ideales para contactos eléctricos sin dopantes", dijo Ali Javey, líder del programa de Materiales electrónicos en Berkeley Lab y profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en UC Berkeley.
Ambos materiales son transparentes y tienen estructuras electrónicas complementarias que se adaptan bien a las células solares.
"Fueron explorados previamente para otros tipos de dispositivos, pero no fueron explorados cuidadosamente por la comunidad de células solares de silicio cristalino", dijo Javey, el autor principal del estudio.
Javey notó que su grupo había descubierto la utilidad del óxido de moly como un contacto de agujero eficiente para las células solares de silicio cristalino hace un par de años. "Tiene muchos defectos, y estos defectos son críticos e importantes para las propiedades emergentes.Estos son buenos defectos ", dijo.
Stefaan de Wolf, otro autor que es líder del equipo de investigación de silicio cristalino en EPFL en Neuchâtel, Suiza, dijo: "Hemos adaptado la tecnología en nuestra plataforma de fabricación de células solares en EPFL y descubrimos que estas capas de óxido de moly funcionan extremadamente biencuando se optimiza y se usa en combinación con una delgada capa amorfa de silicio sobre obleas cristalinas. Permiten variaciones sorprendentes de nuestro enfoque estándar ".
En el estudio, el equipo identificó el fluoruro de litio como un buen candidato para los contactos de electrones al silicio cristalino recubierto con una fina capa amorfa. Esa capa complementa la capa de óxido de molibdeno para contactos de agujero.
El equipo utilizó una técnica de temperatura ambiente llamada evaporación térmica para depositar las capas de fluoruro de litio y óxido de moly para la nueva célula solar. Hay muchos otros materiales que los equipos de investigación esperan probar para ver si pueden mejorar la eficiencia de la célula.
Javey dijo que también es prometedor adaptar la mezcla de materiales utilizada en el estudio de células solares para mejorar el rendimiento de los transistores de semiconductores. "Existe una necesidad crítica de reducir la resistencia de contacto en los transistores, por lo que estamos tratando de ver si esto puede ayudar"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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