Nueva visión del mecanismo microscópico de degradación inducida por luz en células solares de película fina de silicio amorfo

Investigadores dl HZB han dado un gran paso adelante hacia una comprensión más profunda de un indeseado efecto en las células solares de película fina basado en silicio amorfo, algo que ha desconcertado a la comunidad científica durante los últimos 40 años. Los investigadores fueron capaces de demostrar que diminutos huecos dentro de la red de silicio son parcialmente responsables de la reducción de la eficiencia de la célula solar entre un 10% y un 15% tan pronto como se empiezan a usar.

Las células solares de película delgada de silicio amorfo están consideradas una prometedora alternativa a las células solares basadas en obleas de silicio altamente purificado, las cuales han dominado la generación de potencia fotovoltáica. Una gran ventaja de la fotovoltáica de película delgada de silicio amorfo, donde un sustrato de vidrio es recubierto con un material activo mediante luz de menos de una milésima de milímetro de espesor, es que la fabricación de las células es considerablemente más sencilla y mucho menos costosa que en el caso de las células solares de silicio cristalino. Por otro lado, una potencial desventaja es la baja eficiencia de conversión de una célula solar en electricidad. Debido a la naturaleza desordenada del silicio amorfo, las células solares están sujetas al efecto Staebler-Wronski, el cual reduce la eficiencia de la célula solar hasta un 15% dentro de las 1.000 primeras horas.

Este efecto no deseado es disparado por aniquilación interna, conocido en la Física como recombinación, de cargas que no han sido extraídas de la célula solar. La energía liberada de la recombinación induce defectos en la red amorfa, es por lo cual este efecto no es observado en las obleas de células solares cristalinas. Sin embargo, lo que aún no se ha comprendido es dónde se producen los defectos en el material y si los agujeros a nanoescala juegan un papel en todo esto.

Dado que los defectos que se forman exhiben propiedades paramagnéticas, tienen una característica huella magnética, la cual depende de su entorno microscópico. Los investigadores fueron capaces de identificar esta huella usando experimentos de espectroscopía de resonancia paramagnética de electrones (EPR) y eco de espín de electrones (ESE). Con la ayuda de estas técnicas altamente sensibles, determinaron que los defectos en el silicio amorfo realmente son de dos tipos: aquellos que están uniformemente distribuídos y aquellos que están concentrados en grupos o superficies internas de pequeños huecos, conocidas científicamente como microagujeros, las cuales se forman dentro del material durante el proceso de manufactura de la célula solar.

Los descubrimientos parecen sugerir que los micro-agujeros muy probablemente contribuyan a la degradación inducida por luz de la delgada película de silicio amorfo de células solares. El equipo de investigación ha dado un gran paso adelante para mejorar la comprensión del mecanismo microscópico de dicho proceso.

Via HZB