Toshiba prueba una celda solar transparente en capas sobre una celda de silicio para obtener una eficiencia del 9,5 %

Los investigadores de Toshiba en Japón informaron un avance en la producción y la confiabilidad con su prototipo de celda solar de silicio/célula solar transparente en capas.

Los investigadores han informado de un óxido cuproso transparente (Cu₂O) celda solar con una eficiencia de conversión del 9,5%, el nivel más alto alcanzado hasta ahora para un Cu₂oh celular. Esto se logró ampliando su predecesor, anunciado en diciembre de 2021, y apunta al potencial para la producción en masa. Se espera que la nueva celda brinde un impulso para el desarrollo de vehículos eléctricos que no requieran carga enchufable y avance en otras aplicaciones de movilidad, como estaciones de plataforma a gran altitud, plataformas de telecomunicaciones en la estratosfera.

Las celdas en tándem colocan una celda solar sobre una celda de silicio estándar. Las celdas generan energía en diferentes longitudes de onda, aumentando la producción de área y tienen un gran potencial para aumentar la eficiencia de los módulos solares. Además del Cu transparente de Toshiba₂O cell, se está trabajando en otras dos tecnologías de celdas tándem: fabricación con arseniuro de galio (GaAs) u otros materiales III-V; y películas delgadas de cristal de perovskita. Los costos de producción para el primero oscilan entre varios cientos y varios miles de veces el costo de una sola celda de silicio, lo que restringe severamente la aplicación. Este último aún no puede ofrecer la confiabilidad necesaria y el rendimiento garantizado para los 20 años y más de vida útil de una celda de silicio.

La I+D de Toshiba se centra en las ventajas del Cu transparente₂Células O: la fabricación con materiales naturalmente abundantes reduce los costos; un material duro y resistente, resistente a la humedad, todas las garantías de fiabilidad; y cualidades de transmisión de luz que abren el camino a la eficiencia de generación de energía de alto nivel.

Los arduos esfuerzos de Toshiba ahora están dando sus frutos. En un proyecto de investigación respaldado por la Organización de Desarrollo de Tecnologías Industriales y de Nuevas Energías (NEDO) de Japón, los investigadores han impulsado la eficiencia de conversión del Cu₂O celda al 9,5%, un 1,1% completo sobre el 8,4% reportado el año pasado. Se logró agrandando la celda y suprimiendo la recombinación de portadores en el borde de Cu₂O capa de generación, que degrada la eficiencia de generación.

“Descubrimos que un tamaño de celda más grande suprime efectivamente la recombinación de fotoportadores”, explica Kazushige Yamamoto, miembro del Centro de Investigación y Desarrollo Corporativo de Toshiba y líder del equipo de investigación. “Aumentando el área de generación de energía del anterior 3x3mm² a 10x3mm² produjo una reducción relativa en la recombinación en el borde de la celda, y el aumento resultante en la fotocorriente impulsó la eficiencia al 9,5 %”.

Toshiba ha estimado que posicionar el nuevo Cu₂La celda solar O sobre una celda de silicio con una eficiencia del 25% realiza un Cu₂Celda tándem O-Si con una eficiencia del 28,5 %, superando notablemente el 26,7 %, la eficiencia más alta reportada para cualquier celda de silicio estándar, y cerca del 29,1 %, la eficiencia más alta reportada para cualquier celda de GaAs.

Por debajo criterios de prueba definido por NEDO, Toshiba descubrió que una carga única permite que el Cu actual₂Célula tándem O-Si para alimentar un vehículo eléctrico durante 37 km, y se espera que las mejoras adicionales en las células solares hacia la eficiencia máxima teórica del 42,3% extiendan el alcance a una distancia cercana a los 55 km. Ambas se reconocen como distancias prácticas para viajes cortos sin recargar y reducirían la frecuencia de carga para viajes más largos.

Toshiba apunta a un Cu práctico₂Celda tándem de O-Si con un 10% de Cu eficiente₂O y una eficiencia general del 30 %, y la nueva celda registra un progreso sólido hacia ese objetivo. Mirando hacia la producción en masa, la compañía está trabajando para aumentar el tamaño de la celda y ha fabricado un prototipo con un área de generación de energía de 40 mm.² y una eficiencia en torno al 8%. La disminución de la eficiencia en la celda más grande se debe a una capa menos uniforme y Toshiba continúa refinando la tecnología de deposición de película delgada para una deposición uniforme en un área más grande.

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