La empresa química japonesa Kaneka ha diseñado una célula solar en tándem de dos terminales (2T) perovskita-cristalino utilizando una oblea de silicio industrial Czochralski (CZ) de 145 μm de espesor.
Los investigadores de la empresa construyeron la célula con una capa intermedia antirreflectante basada en lo que denominan «estructuras de textura suave» que se aplicaron en la cara frontal del fondo. Al parecer, esto permite mejorar notablemente los típicos efectos de confinamiento de la luz en los dispositivos en tándem de perovskita y silicio.
«La tecnología de gestión de la luz es imprescindible para aprovechar al máximo la amplia gama del espectro solar en una célula solar, sobre todo en el caso de una estructura en tándem de 2T, ya que las células superior e inferior están conectadas eléctricamente en serie y deben cumplir los requisitos de adaptación de corriente, de modo que las corrientes respectivas en el punto de funcionamiento estén alineadas hasta cierto punto», explican. «Debido a la gran diferencia en los índices de refracción entre los materiales de perovskita y silicio cristalino (c-Si), la capa intermedia optimizada, tal como se muestra, actúa como revestimiento antirreflectante para suprimir la pérdida por reflexión de la luz infrarroja que se utiliza en la célula inferior».
La empresa controló la morfología de la textura suave en ambas caras de la oblea mediante grabado químico. Mediante microscopía de fuerza atómica (AFM), comparó el rendimiento de los dos absorbedores con la estructura suave con el de dispositivos similares sin la estructura.
«Aplicando la textura suave, la densidad de fotocorriente de la célula inferior de silicio aumenta más de un 2% respecto a la de referencia», explicó la empresa.
La empresa fabricó una célula superior con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones de buckminsterfullereno (C60), una capa de pasivación, el absorbedor de perovskita, una monocapa autoensamblada, una capa intermedia basada en ITO y óxido de silicio microcristalino (μc-SiOx). A continuación, fabricó la célula inferior con una capa de silicio amorfo dopado con n (a-n:Si), varias capas de silicio tratadas con distintos procesos y un contacto inferior hecho de ITO y plata (Ag).
«La capa de pasivación se introdujo entre el C60 y la capa de perovskita, y en este trabajo se redujeron los grosores de la oblea de c-Si y de la capa superior de ITO», explicó la empresa. «Tras recubrir la capa de pasivación, el C 60 se evaporó térmicamente de forma sucesiva sobre la película de perovskita».
El dispositivo en tándem alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 29,2%, una tensión de circuito abierto de 1,929 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 19,5 mA cm-2 y un factor de llenado del 77,55%. El resultado, confirmado por Fraunhofer ISE Callab, mejora la eficiencia del 28,3% que Kaneka había logrado anteriormente para un dispositivo con la misma arquitectura, siendo las principales diferencias la capa de pasivación y el grosor de la oblea.
«Hasta donde sabemos, se trata de la mayor eficiencia certificada de conversión de potencia de células solares en tándem 2T de perovskita-silicio con oblea CZ», declaró la empresa, señalando que actualmente están considerando pasar a una configuración de cuatro terminales (T4) para el desarrollo ulterior del dispositivo.
La empresa presentó la nueva célula en el artículo «High efficiency perovskite/heterojunction crystalline silicon tandem solar cells: towards industrial-sized cell and module» (Células solares en tándem de perovskita/silicio cristalino de alta eficiencia: hacia células y módulos de tamaño industrial), publicado recientemente en Japanese Journal of Applied Physics..
Kanela ya desarrolló en el pasado la que sigue siendo la segunda célula solar más eficiente basada en silicio cristalino: una célula solar de silicio cristalino con una eficiencia del 26,63% y tecnología de heterounión y contacto posterior.
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