Físicos de la Universidad de Swansea y la Universidad Åbo Akademi han logrado un gran avance en la tecnología de células solares al desarrollar un nuevo modelo analítico que mejora la comprensión y la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos (PV) de película delgada.
Durante casi ocho décadas, la llamada ecuación del diodo de Shockley ha explicado cómo fluye la corriente a través de las células solares; la corriente eléctrica que alimenta su casa o carga un banco de baterías. Sin embargo, el nuevo estudio desafía esta comprensión convencional de una clase particular de células solares de próxima generación: las células solares de película delgada.
Estas células solares de película delgada, fabricadas con materiales flexibles y de bajo costo, han tenido una eficiencia limitada debido a factores que los modelos analíticos existentes no podían explicar completamente.
El nuevo estudio revela cómo estas células solares logran una eficiencia óptima. Esto revela el equilibrio crítico entre aprovechar la electricidad producida por la luz y minimizar las pérdidas debidas a la recombinación, donde las cargas eléctricas se cancelan entre sí.
«Nuestros hallazgos proporcionan información clave sobre los mecanismos que impulsan y limitan la recolección de carga y, en última instancia, la eficiencia de conversión de energía en dispositivos fotovoltaicos de baja movilidad», dijo el autor principal, el Dr. Oskar Sandberg de la Universidad Åbo Akademi en Finlandia.
El nuevo modelo captura la pieza que falta
Los modelos analíticos anteriores de estas células solares tenían un punto ciego: los «portadores inyectados», cargas que ingresan al dispositivo desde los contactos. Estos portadores tienen efectos significativos sobre la recombinación y una eficiencia limitada.
«Los modelos tradicionales simplemente no capturaban la imagen completa, especialmente para estas células de película delgada con semiconductores de baja movilidad», explicó el investigador principal, profesor asociado de la Universidad de Swansea, Ardalan Armin. «Nuestro nuevo estudio cierra esta brecha al introducir una nueva ecuación de diodo diseñada específicamente para tener en cuenta estos portadores inyectados esenciales y su recombinación con los fotogenerados».
«La recombinación entre cargas inyectadas y fotogeneradas no es un problema importante en las células solares tradicionales, como las fotovoltaicas de silicio, que son cientos de veces más gruesas que las fotovoltaicas de película delgada de próxima generación, como las células solares orgánicas», añadió el Dr. Sandberg.
El profesor asociado Armin dijo: «Uno de los físicos teóricos más brillantes de todos los tiempos, Wolfgang Pauli, dijo una vez: ‘Dios creó la mayoría; superficie fue obra del diablo». silicio, no es de extrañar por qué se ven afectados más drásticamente por la «obra del diablo»: ¡esta es la recombinación de valiosas cargas fotogeneradas con cargas inyectadas cerca de la interfaz!
Implicaciones para el futuro desarrollo de las células solares
Este nuevo modelo ofrece un nuevo marco para un diseño más eficiente de células solares y fotodetectores, optimización de dispositivos existentes y análisis de propiedades de materiales. También puede ayudar a las instalaciones de formación utilizadas para optimizar dispositivos, lo que marca un importante paso adelante en el desarrollo de la próxima generación de células solares de película delgada.
