Los investigadores establecen un nuevo récord mundial para las células solares CIGS

La Universidad de Uppsala posee el nuevo récord mundial de generación de energía eléctrica a partir de células solares de seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS). El nuevo récord mundial es del 23,64% de eficiencia. La medición fue realizada por un instituto independiente y los resultados se publican en Nature Energy.

El récord es el resultado de una colaboración entre la empresa First Solar European Technology Center (anteriormente conocida como Evolar) y investigadores de células solares de la Universidad de Uppsala.

“Las mediciones que hemos realizado nosotros mismos para esta célula solar y otras células solares producidas recientemente están dentro del margen de error de la medición independiente. Esas mediciones también se utilizarán para una calibración interna de nuestros propios métodos de medición”, afirma Marika Edoff, Profesor de Tecnología de Células Solares en la Universidad de Uppsala, responsable del estudio.

El récord mundial anterior fue del 23,35% (Solar Frontier, Japón), precedido por el 22,9% (ZSW, Alemania). La Universidad de Uppsala ya ostentó el récord anteriormente; la primera vez fue en los años 90 en la colaboración de investigación Euro-CIS.

“En un momento también tuvimos el récord para un prototipo conectado en serie. Aunque hace mucho tiempo que no ostentamos el récord en células, a menudo hemos estado detrás de los mejores resultados y, por supuesto, hay muchas cosas relevantes aspectos a considerar, como el potencial de escalar a un proceso de gran escala, donde siempre hemos estado a la vanguardia”, dice Edoff.

Las células solares están aumentando rápidamente en todo el mundo y la energía solar representó poco más del 6% de la electricidad en todo el mundo en 2022, según la Agencia Internacional de Energía (AIE). Los mejores módulos solares fabricados de silicio cristalino, que es el material más utilizado en las células solares, convierten actualmente más del 22% de la luz solar en energía eléctrica, y las células solares modernas son económicas y estables a largo plazo.

Uno de los objetivos de la investigación sobre células solares es alcanzar una eficiencia superior al 30% con costes de producción razonables. La atención se centra muy a menudo en las células solares en tándem por ser más eficientes, pero hasta ahora han sido demasiado costosas para su uso a gran escala.

El récord mundial del 23,64% lo ha medido el instituto independiente Fraunhofer ISE de Alemania. El artículo académico presenta un análisis material y eléctrico exhaustivo de la célula solar, así como una comparación con registros anteriores para el mismo tipo de célula solar de otras instituciones de investigación.

Las propiedades más importantes de una célula solar son la capacidad de absorber luz y la capacidad de transportar energía a una carga eléctrica. Para que esto tenga éxito, el material debe poder absorber una porción óptima de la luz solar y al mismo tiempo evitar desperdiciar esta energía convirtiéndola en calor dentro de la célula solar.

Las células solares CIGS consisten en una lámina de vidrio hecha de vidrio normal para ventanas, recubierta con varias capas diferentes, cada una de las cuales tiene una función específica. El material que absorbe la luz solar está formado por cobre, indio, galio y seleniuro (de ahí el acrónimo CIGS), con adiciones de plata y sodio.

Esta capa se coloca en la propia célula solar entre un contacto posterior de molibdeno metálico y un contacto frontal transparente. Para que la célula solar sea lo más eficiente posible a la hora de separar electrones, la capa CIGS se trata con fluoruro de rubidio. El equilibrio entre los dos metales alcalinos, sodio y rubidio, y la composición de la capa CIGS son clave para la eficiencia de conversión, es decir, la proporción del espectro solar completo que se convierte en energía eléctrica en la célula solar.

Cuando los institutos de medición realizan sus pruebas, miden la eficiencia de las células solares utilizando luz filtrada que imita al sol tanto en intensidad como en espectro. Durante la medición, la célula solar se mantiene a una temperatura controlada y los institutos independientes se envían periódicamente entre sí células solares de calibración. Para ser registrado como récord mundial se requiere una medición independiente, que en este caso fue realizada por el instituto de medición Fraunhofer ISE.

“Nuestro estudio demuestra que la tecnología de película delgada CIGS es una alternativa competitiva como célula solar independiente. La tecnología también tiene propiedades que pueden funcionar en otros contextos, como la célula inferior de una célula solar en tándem”, afirma Edoff.

Se han utilizado varios métodos de medición avanzados para comprender mejor la correlación entre la eficiencia y la estructura de la célula solar: el material de la célula solar se ha caracterizado mediante nano-XRF (espectroscopia de fluorescencia de rayos X) en las instalaciones MAX IV de Lund, donde se Se ha realizado un cuidadoso análisis compositivo.

La microscopía electrónica de transmisión (TEM) de alta resolución se ha utilizado para estudiar secciones transversales de la célula solar, tanto la composición en función de la profundidad como la forma en que se forman los granos de cristal, así como las interfaces entre las capas. Utilizando la fotoluminiscencia, se ha estudiado el espectro de la luz emitida por la célula solar después de la excitación por un láser como medio para comprender qué tan bien la célula solar cuida los electrones internamente.

Una célula solar que brilla intensamente tiene una menor proporción de pérdidas de calor internas que una célula solar que brilla débilmente. Finalmente, se han utilizado métodos de medición eléctrica para analizar el dopaje del material CIGS.

“El hecho de que ahora tengamos el récord mundial significa mucho tanto para la Universidad de Uppsala como para el Primer Centro Tecnológico Europeo Solar. Para la tecnología CIGS, conocida por su alta fiabilidad, un récord mundial también significa que puede ofrecer una alternativa viable para nuevos aplicaciones, por ejemplo, células solares en tándem . Esto es importante para nuestros colegas investigadores de todo el mundo”.

“Esperamos que los análisis de las propiedades eléctricas y del material sirvan de base para futuras mejoras en el rendimiento”, concluye Edoff.

Fuente: Agencia ID.