Un equipo de investigación holandés y estadounidense realizó simulaciones ópticas y eléctricas para comprender los mecanismos de pérdida en dos celdas tándem terminales (2T) basadas en perovskita y celdas de seleniuro de cobre, indio, galio (CIGS) disponibles comercialmente y, posteriormente, estableció una hoja de ruta para aumentar la eficiencia a través de cuatro modificaciones clave.

Un equipo de investigación liderado por el La Universidad de Tecnología de Delft en los Países Bajos ha esbozado una hoja de ruta para la optimización de células solares monolíticas en tándem de perovskita/CIGS y ha descubierto que estos dispositivos fotovoltaicos pueden alcanzar un límite de eficiencia práctica del 26,69%.

Usando TCAD Sentaurus y el software de modelado GenPro4, los científicos realizaron simulaciones ópticas y eléctricas de los materiales e interfaces utilizados en este tipo de células solares en tándem para comprender mejor los mecanismos de pérdida y definir una serie de medidas para mejorar la eficiencia.

Luego, los resultados se calibraron comparando dispositivos simulados con tres dispositivos experimentales: una célula solar en tándem de perovskita/CIGS; una célula solar de perovskita de unión única; y una célula solar CIGS de unión única proporcionada por Miasol.

“La plataforma de simulación se utiliza normalmente en la investigación y el desarrollo de semiconductores, así como en la investigación de películas delgadas y fotovoltaicas. La subcélula CIGS se basó en un dispositivo industrial de última generación”, dijo el investigador de la Universidad de Delft, Paul Procel-Moya. revista pv.

El equipo señaló que su trabajo en esta área difiere de otros estudios numéricos, ya que se centra en los mecanismos de trabajo fundamentales de las capas que comprenden la unión de recombinación del túnel (TRJ) y los cálculos de pérdidas relacionadas con el acoplamiento.

El estudio implicó examinar la alineación de energía en las capas TRJ para descubrir el impacto en los parámetros externos de la célula solar en tándem de referencia, los mecanismos de intercambio entre las células superiores e inferiores y el impacto en el rendimiento general del sistema en tándem.

"Basándonos en los principales resultados, proponemos una hoja de ruta realista para mejorar la célula solar tándem", dijo Procel-Moya, señalando una estrategia de cuatro frentes para mejorar el rendimiento. “Encontramos en la simulación que la primera etapa debería ser ajustar la unión del túnel de acoplamiento entre las dos celdas. Es el primer cuello de botella”.

La primera etapa es mejorar y optimizar la alineación de energía en TRJ, mientras que la segunda es mejorar la gestión de la luz minimizando el desajuste actual entre las subceldas y reduciendo las pérdidas de reflectancia ajustando el espesor de la perovskita y la metalización, por ejemplo. El tercer paso es mejorar el transporte hacia la capa de transporte de óxido de estaño de la celda superior. Según la investigación, este paso por sí solo dio como resultado un aumento estimado de la eficiencia del 24,37 % al 25,13 %. La cuarta modificación es mejorar la pasivación en la subcelda superior.

Basándose en estas modificaciones, los investigadores calcularon que la celda tándem de referencia podría alcanzar una eficiencia del 26,69 %. El equipo dijo que espera que "son posibles mayores ganancias en la eficiencia de conversión" mejorando áreas de la celda inferior, como la energía de la banda prohibida del absorbente y la pasivación de la interfaz de CIGS y las capas de molibdeno.

Los comentarios recibidos por Procel-Moya de otros investigadores que actualmente experimentan a escala de laboratorio confirmaron que el enfoque TRJ fue un buen consejo. De cara al futuro, el equipo seguirá investigando la física de los semiconductores fotovoltaicos y de película delgada, centrándose en la estabilidad, estudiando el sesgo inverso a nivel teórico, según Procel-Moya.

La investigación aparece en “Modelado optoeléctrico y hoja de ruta para células solares en tándem monolíticas de perovskita/CIGS de 2T.”, publicado por Materiales de Energía Solar y Células Solares. Los miembros del equipo eran de instituciones holandesas,  Universidad Tecnológica de Delft , Universidad de Twente, Universidad Tecnológica de Eindhoven, Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada (TNO) y MiaSole Hi-Tech Corp, con sede en EE. UU..