The solar cells 13.6%

Imágenes topológicas de películas de silicio sobre las estructuras de nido de abeja, que es lo que los investigadores utilizan para diseñar las nuevas células solares. Crédito: Sai, et al. © 2015 AIP Publishing 

(Phys.org) - En un nuevo estudio, los científicos han reportado un récord mundial estabilizado eficiencia de 13,6% para una célula de película delgada de silicio solar de triple unión, que es una versión más reciente de la célula solar de silicio de película delgada de un solo cruce que ha sido utilizado en productos comerciales desde la década de 1970. Este valor bordes a cabo el récord anterior de 13,44%, y los investigadores esperan que algunas mejoras razonables empujarán por encima de 14%.

. El equipo de investigación, Hitoshi Sai, y otros, consiste en una colaboración de varios de japoneses mayores centros de investigación: el Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST), la Asociación Fotovoltaica Power Generation Technology Research (PVTEC), Sharp, Panasonic , y Mitsubishi. 

"Creemos que este trabajo se presentan dos resultados importantes", Sai, investigador de la AIST, dijo Phys.org. "El primero es la eficiencia más alta del mundo en las células solares de silicio de película delgada sobre la base de una función de la luz que atrapa el avanzado. Y en segundo lugar, la característica que atrapan la luz avanzada nos permite alcanzar una alta densidad de fotocorriente potencial (34,1 mA / cm2), con sólo un 4-um-gruesa capa absorbente microcristalina. Con estos resultados, se demostró con éxito cómo la luz que atrapa la tecnología puede contribuir a impulsar la fotocorriente y la eficiencia de las células solares ".

Debido a que hay muchos tipos diferentes de eficiencia cuando se trata de células solares, a menudo es difícil para los no especialistas que se pueden hacer comparaciones directas. Como explican los investigadores en su artículo publicado en Applied Physics Letters, eficiencia estabilizada es la eficiencia de conversión de energía (PCE) que da cuenta de la degradación inducida por la luz. La diferencia puede ser significativa, con eficiencias estabilizadas de alrededor de 13% que tienen PCE tan altas como 16% - una diferencia de aproximadamente 20%.

Spectra de la película delgada de triple unión célula solar de silicio récord, revelando tres picos de absorción de longitud de onda diferentes (o "densidades de corriente") que corresponden a los tres subcélulas. Crédito: Sai, et al. © 2015 AIP Publishing 

"A veces la eficiencia de células solares causa confusión, ya que hay varias definiciones," explicó Sai. "En general, cualquier tipo de muestra de células solares diversos grados de degradación frente a la exposición prolongada a la luz, la humedad, la temperatura, y así sucesivamente. Sin embargo, la mayoría de las células solares se evalúan por su eficacia 'inicial'. Si la célula solar es relativamente estable, células solares tales como silicio cristalino son, está bien. Sin embargo, es bien sabido que el silicio amorfo muestra una degradación significativa contra exposición a la luz prolongada, llamado el efecto Steabler-Wronski, tal como se describe en nuestro documento. Para hacer una comparación justa, en este campo, que compara el rendimiento de células solares después de un procedimiento de luz remojo común ".

Numerosos factores probablemente contribuyen a la degradación inducida por la luz en las células solares de silicio, aunque los mecanismos exactos no se entienden completamente. Uno de los métodos de diseño para reducir la degradación inducida por la luz consiste en la fabricación de las células solares en sustratos de panal con textura. Hasta el momento, las texturas de nido de abeja en su mayoría se han utilizado para las células solares de una sola unión, que están hechas de un solo material semiconductor y así pueden absorber la luz de una sola longitud de onda. 

En el nuevo papel, los científicos verifican investigaciones recientes que muestran que la textura de panal también se puede utilizar para hacer crecer células solares multiunión. Dado que las células multiunión solar constan de más de un material semiconductor, que pueden absorber múltiples longitudes de onda de la luz. Al igual que con las células solares de una sola unión, las células solares de triple unión fabricados aquí exhiben un efecto de luz que atrapa superior debido a la textura de panal.

Para mejorar aún más la eficiencia, los investigadores también controlan cuidadosamente el período de la textura de nido de abeja, incorporan una película anti-reflexión sobre la base de una estructura de polilla-ojo, y posicionados las tres capas a fin de maximizar la eficiencia, entre otras estrategias.

Al probar la célula solar en su propio laboratorio, los investigadores obtuvieron inicial y estabilizadas eficiencias de aproximadamente 14,5% y 13,8%, respectivamente, lo que indica una degradación de la eficiencia inducida por la luz de menos de 5%. La célula solar también se caracterizó de forma independiente por el AIST, que obtuvo un funcionario ligeramente inferior estabiliza eficiencia del 13,6%. Los investigadores explican que la discrepancia probablemente se debe a las diferencias en los simuladores solares utilizados en las pruebas: propio laboratorio de los científicos utilizó un simulador solar de doble luz, lo que es más rica en longitudes de onda azules que el simulador solar de triple luz más exacto utilizado en el AIST laboratorio. La célula solar se optimizó para el espectro generado por el simulador solar de doble luz.

A pesar de establecer un nuevo récord, los investigadores creen que todavía hay mucho margen de mejora, en particular mejorando el rendimiento de la capa superior de la célula solar de triple capa y al abordar el desajuste espectral. Al mejorar en estas áreas, predicen que este enfoque logrará una eficiencia estabilizado por encima de 14% en un futuro próximo. Además, los investigadores les gustaría aplicar este nuevo conocimiento sobre la captura de luz a las células solares de silicio basados ​​en obleas convencionales.