Primer intento de construir células solares en tándem de selenio y silicio

Informe: Célula solar en tándem de selenio-silicio

Fecha de publicación: marzo 19, 2024

Autor: Emiliano Bellini

Un grupo de científicos dirigido por la Universidad Técnica de Dinamarca ha desarrollado una célula solar en tándem basada en una célula superior con un absorbedor de selenio (Se) y un dispositivo inferior de silicio (Si).

La novedad de la investigación consistió en integrar por primera vez una célula de Se de banda ancha de energía en un dispositivo fotovoltaico con configuración en tándem. Este sencillo dispositivo en tándem es único, ya que se basa en materiales absorbentes de un solo elemento.

Según sus creadores, la nueva célula es una alternativa potencial a las células solares en tándem de perovskita-silicio, ya que el semiconductor es inorgánico, consta de un solo elemento y absorbe muy bien la luz, además de tener una baja toxicidad y ser abundante en la Tierra.

Utilizando el software de capacitancia de células solares SCAPS-1D, desarrollado por la Universidad de Gante, los investigadores identificaron una barrera de transporte crítica para este tipo de células en tándem en la interfaz entre la capa de transporte de electrones (ETL) y la capa de recombinación, que, según ellos, restringe el flujo de portadores de carga y reduce la eficiencia de conversión de energía de la célula.

Esquema de la célula solar.
Imagen: Universidad Técnica de Dinamarca

Demostraron que este problema puede resolverse sustituyendo el óxido de zinc y magnesio (ZnMgO) por una capa de dióxido de titanio (TiO2) para el contacto de tipo n en la célula superior de selenio.

Para la célula inferior de silicio, los científicos utilizaron un dispositivo TOPCon de tipo n personalizado con una capa de recombinación de óxido de indio y estaño (ITO) y un contacto metálico de plata (Ag) en la parte posterior. El dispositivo superior se fabricó directamente sobre la capa de ITO, utilizando un contacto de tipo n basado en óxido de zinc y magnesio (ZnMgO) o en dióxido de titanio (TiO2).

Los científicos descubrieron que el dispositivo en tándem basado en ZnMgO alcanzaba una tensión en circuito abierto de 1,68 V, pero con una eficiencia baja. El mejor rendimiento global se obtuvo con el contacto de tipo n de TiO2, que alcanzó una eficiencia del 2,7%, 10 veces superior a la del ZnMgO. Se analizaron en profundidad las pérdidas aún significativas de la célula superior de selenio y se propusieron estrategias para seguir mejorando la célula solar en tándem.

Presentaron el nuevo concepto de célula en el estudio “Monolithic Selenium/Silicon Tandem Solar Cells” (Células solares monolíticas en tándem de selenio/silicio), publicado en PRX Energy.

De cara al futuro, el grupo de investigación afirma que pretende invertir la estructura del dispositivo, de modo que los contactos de tipo n y tipo p de las células superior e inferior se intercambien. “También sugerimos sustituir la capa de ITO por otra capa de recombinación que sea más compatible con las películas finas de ZnMgO”, explicó Nielsen. “Por último, habría que solucionar muchas pérdidas de resistencia en serie”.

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados

• Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante
• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructura
• Objetivo 11: Ciudades y comunidades sostenibles

Metas específicas de los ODS identificadas

• Meta 7.2: Aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global
• Meta 9.5: Aumentar significativamente el acceso a las tecnologías de la información y comunicación y esforzarse por proporcionar acceso universal y asequible a Internet en los países menos desarrollados
• Meta 11.6: Reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades, incluso prestando especial atención a la calidad del aire y la gestión de los desechos municipales y de otro tipo

Indicadores de los ODS mencionados en el artículo

• Indicador 7.2.1: Proporción de la energía renovable en el consumo final de energía
• Indicador 9.5.1: Proporción de la población que utiliza Internet
• Indicador 11.6.2: Proporción de desechos municipales sólidos recogidos y gestionados de manera segura

Tabla de ODS, metas e indicadores

El artículo aborda temas relacionados con la energía solar y la eficiencia de las células solares en tándem. Estos temas están conectados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) mencionados anteriormente.

En cuanto a las metas específicas de los ODS, el artículo menciona la meta 7.2 de aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global, la meta 9.5 de aumentar el acceso a las tecnologías de la información y comunicación, y la meta 11.6 de reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades.

En cuanto a los indicadores de los ODS, el artículo menciona el indicador 7.2.1 de la proporción de energía renovable en el consumo final de energía, el indicador 9.5.1 de la proporción de la población que utiliza Internet, y el indicador 11.6.2 de la proporción de desechos municipales sólidos recogidos y gestionados de manera segura.

Estos hallazgos demuestran cómo los avances en la tecnología de células solares en tándem pueden contribuir al logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible relacionados con la energía, la innovación y la sostenibilidad urbana.

¡Atención! Este espléndido artículo nace de la fuente del conocimiento, moldeado por una maravillosa tecnología patentada de inteligencia artificial que profundizó en un vasto océano de datos, iluminando el camino hacia los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Recuerda que todos los derechos están reservados por SDG Investors LLC, lo que nos permite defender el progreso juntos.

Fuente: pv-magazine-mexico.com

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