Físicos del Reino Unido y Finlandia han desarrollado un nuevo modelo analítico que, según afirman, puede mejorar la comprensión de la energía fotovoltaica de capa fina, lo que redundaría en una mayor eficiencia.
Investigadores de la Universidad de Swansea y la Universidad Åbo Akademi se propusieron crear un método mejor para analizar la fotovoltaica de capa fina tipo sándwich basada en semiconductores no dopados. Argumentan que los modelos que utilizan la ecuación del diodo ideal de Shockley, empleada para explicar cómo fluye la corriente a través de las células solares durante casi ocho décadas, dejan lagunas de comprensión cuando se aplican a la fotovoltaica de capa fina.
Según los investigadores, los modelos que utilizan la ecuación del diodo ideal para analizar las características J-V de los dispositivos fotovoltaicos se quedan cortos, ya que no tienen en cuenta los “portadores inyectados”, es decir, las cargas que entran en el dispositivo desde sus contactos. Esto no es un problema cuando se analiza una célula solar fotovoltaica de silicio tradicional, pero las células fotovoltaicas de capa fina pueden ser cientos de veces más delgadas, lo que significa que la recombinación entre las cargas inyectadas y las fotogeneradas tendrá un mayor efecto debido a la presencia de regiones interfaciales mucho mayores.
Según los investigadores, para describir mejor la corriente en dispositivos con baja movilidad de portadores de carga, como los fotovoltaicos de capa fina, se necesita un modelo que tenga en cuenta la competencia entre la extracción de carga y la recombinación de portadores de carga fotogenerados.
“Según el profesor Ardalan Armin, de la Universidad de Swansea e investigador principal del proyecto, los modelos tradicionales no captaban toda la situación, especialmente en el caso de las células de película fina con semiconductores de baja movilidad. “Nuestro nuevo estudio aborda esta laguna introduciendo una nueva ecuación de diodos adaptada específicamente para tener en cuenta estos portadores inyectados cruciales y su recombinación con los fotogenerados”.
Los investigadores crearon un modelo analítico de la corriente que tiene en cuenta la interacción entre la extracción de portadores de carga, la inyección y la recombinación biomolecular. Se afirma que el modelo ofrece un nuevo marco para diseñar células solares delgadas y fotodetectores más eficientes, optimizar los dispositivos existentes y analizar las propiedades de los materiales. El modelo se validó con simulaciones numéricas y se probó experimentalmente en células solares orgánicas.
“Nuestros hallazgos aportan información clave sobre los mecanismos que impulsan y limitan la captación de carga y, en última instancia, la eficiencia de conversión de potencia en dispositivos fotovoltaicos de baja movilidad”, afirma Oskar Sandberg, investigador principal del proyecto en la Universidad de Åbo Akademi.
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El estudio completo, titulado “Diode Equation for Sandwich-Type Thin-Film Photovoltaic Devices Limited by Bimolecular Recombination” (Ecuación de diodo para dispositivos fotovoltaicos de película delgada tipo sándwich limitados por recombinación bimolecular), se publicó en PRXEnergy y es de acceso gratuito en línea.
“Los resultados obtenidos proporcionan información física esencial sobre la interacción entre la extracción e inyección de portadores de carga y la recombinación bimolecular, así como sobre su influencia en el rendimiento del dispositivo”, afirman los científicos. “Además, las aproximaciones derivadas pueden utilizarse para extraer parámetros del material a partir de datos experimentales, por ejemplo, utilizando un procedimiento de ajuste global, en sistemas en los que la recombinación bimolecular es el mecanismo de pérdida dominante de portadores de carga fotogenerados”.
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