Científicos de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) han diseñado una célula solar con una arquitectura de contacto posterior interdigitado (IBC, por sus siglas en inglés) y heterounión (HJT) que utiliza una pila de contactos de captación de electrones basada en óxido de molibdeno (MoOx).
El MoOx es un nanomaterial de óxido metálico de transición (TMO) que presenta tanto nanoefectos novedosos como excelentes propiedades semiconductoras.
«Demostramos que el uso de un MoOx tan fino minimiza las pérdidas de derivación gracias a su baja conductividad lateral, al tiempo que permite simplificar el proceso de fabricación», explicó a pv magazine la autora principal de la investigación, Katarina Kovačević. «En la estructura presentada, MoOx actúa como capa de transporte de huecos, mientras que la captación de electrones tiene lugar a través de un novedoso apilamiento de capas».
El grupo de investigación explicó que, en el diseño de célula propuesto, los huecos se recogen a través de una pila formada por una fina capa intrínseca de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), el MoOx y óxidos conductores transparentes (TCO), mientras que los electrones se recogen a través de una capa de manta hecha con a-Si:H, nc-Si:H, MoOx y TCO.
«Se ha seleccionado MoOx porque se caracteriza por una menor conductividad lateral en comparación con el silicio nanocristalino hidrogenado dopado (nc-Si:H)», afirman los investigadores. «En la arquitectura propuesta, se deposita una fina capa de MoOx a modo de manta en toda la cara posterior del dispositivo sobre una capa de nc-Si:H prepatinada».
Los científicos construyeron la célula con un sustrato de óxido de indio y estaño (ITO), la capa de recubrimiento hecha con a-Si:H, nc-Si:H, MoOx, un absorbedor hecho de silicio monocristalino de tipo n, contactos pasivadores basados en polisilicio y monóxido de silicio (SiOx), y un contacto metálico de plata (Ag).
«Además de la novedosa pila de contactos, nuestra arquitectura es una gran plataforma para probar procesos relevantes para la industria», explicó además Kovačević. «En primer lugar, se pueden implementar fácilmente contactos sin Ag y sin ITO. En segundo lugar, como los TMO pueden depositarse mucho más rápido que las películas finas de silicio tipo p, la industria puede beneficiarse de un mayor rendimiento. En tercer lugar, nuestras células solares IBC de alta eficiencia pueden convertirse en ingredientes rentables para futuros dispositivos tándem de tres terminales de perovskita-silicio».
El equipo de investigadores probó el rendimiento de una célula solar de 4,05 cm2 construida con esta configuración en condiciones de iluminación estándar y el dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 21,14%, una tensión de circuito abierto de 689 mV, una densidad de corriente de cortocircuito de 39,02 mA/cm2 y un factor de llenado del 78,61%.
Los académicos atribuyeron el buen rendimiento del dispositivo campeón a la optimización del diagrama de flujo de fabricación y a la precisión del patrón fotolitográfico, que, según afirmaron, garantizaron unos huecos bien definidos y pasivados entre las regiones colectoras de electrones y huecos.
«Guiados por simulaciones optoeléctricas, se espera que una mayor optimización del proceso de fabricación, el ajuste fino de los tratamientos con plasma, la capa de MoOx y (n)nc-Si:H, y la introducción de ARC(s) mejorados faciliten eficiencias muy por encima del 24% a corto plazo con la arquitectura propuesta», añadieron.
La novedosa arquitectura de la célula se presentó en el artículo «Interdigitated-back-contacted silicon heterojunction solar cells featuring novel MoOx-based contact stacks» (Células solares de heterounión de silicio con contacto posterior interdigitado que presentan nuevas pilas de contactos basadas en MoOx), publicado en Progress in Photovoltaics.
El mismo grupo de investigación construyó en 2022 una célula HJT basada en un colector de agujeros de MoOx. El dispositivo alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 23,83% y un factor de llenado del 82,18%. «La eficiencia certificada es -hasta donde sabemos- la más alta hasta la fecha en este tipo de dispositivo», dijo Isabella en su momento. «El récord anterior lo había certificado la École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) con un 23,5%».
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