Como su propio nombre indica, el proyecto ‘50Percent’, llevado a cabo por el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE en Alemania, persigue crear una célula solar con una eficiencia del 50%. El equipo del proyecto ha logrado un primer avance, su última célula solar desarrollada alcanza una eficiencia del 47,6% bajo luz solar concentrada.
Con la ayuda de un nuevo revestimiento antirreflectante, los investigadores de Fraunhofer ISE han logrado aumentar la eficiencia de la mejor celda solar cuádruple hasta la fecha del 46,1 al 47,6%, hasta una concentración de luz solar de 665. Según los investigadores, se trata de un hito, ya que actualmente no existe una célula solar más eficiente en el mundo.
Llevan trabajando en el proyecto ‘50Percent’ desde marzo de 2020, financiado por el Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima BMWK con más de 3,1 millones de euros y con fecha de finalización prevista en agosto de 2023. Se creará por primera vez una célula solar con una eficiencia del 50%. Con este fin, cada capa individual de las complejas células solares de unión múltiple se optimiza aún más y se aplican mejoras tecnológicas de proceso en los contactos metálicos, así como capas antirreflectantes mejoradas. La tecnología de medición se está desarrollando para poder medir las células de acuerdo con los estándares de calibración reconocidos internacionalmente.
Desarrollo de la nueva célula solar
La estructura de capas de la nueva célula solar se desarrolló en 2016 junto con la compañía francesa Soitec AG. Se trata de una celda solar en tándem superior hecha de fosfuro de galio-indio (GaInP) y arseniuro de galio-aluminio (AlGaAs), que Soitec ha superpuesto a una celda solar en tándem inferior hecha de fosfuro de arseniuro de galio-indio (GaInAsP) y uniendo arseniuro de galio-indio (GaInAs).
En el Centro de Células Solares de Alta Eficiencia de Fraunhofer ISE, las capas de células solares ahora cuentan con capas de contacto mejoradas y una capa antirreflectante de cuatro capas. Esto reduce las pérdidas de resistencia, así como la reflexión en la parte frontal de la celda, que es sensible en un amplio rango espectral de 300 a 1.780 nanómetros. Las células solares de silicio convencionales solo absorben la luz solar hasta una longitud de onda de 1.200 nanómetros y, por lo tanto, no requieren un revestimiento antirreflectante de banda ancha.
Los investigadores de Fraunhofer ISE indican que las células solares de unión múltiple hechas de semiconductores compuestos III-V siempre han estado entre las células solares más eficientes del mundo. Desarrollan su mayor potencial cuando la luz del sol también es concentrada por lentes en componentes de solo unos pocos milímetros cuadrados.
Las posibles aplicaciones de estas células solares en tándem altamente eficientes incluyen sistemas fotovoltaicos de concentración que contribuyen a la generación de energía eficiente en países ricos en luz solar. Los investigadores explican que con la energía fotovoltaica en tándem es posible dejar atrás los límites de las células solares individuales y, en última instancia, lograr una reducción en los costos de electricidad solar.
Proyecto ‘50Percent’
La eficiencia de una celda solar o módulo solar es la característica más importante que distingue a las tecnologías fotovoltaicas. La eficiencia no solo es decisiva para la cantidad de energía que se puede recolectar de un área limitada, sino que también determina los costes, el consumo de recursos y, por tanto, la sostenibilidad de la producción de energía solar. Además, una comprensión cada vez mayor de soluciones altamente eficientes también promueve el desarrollo de procesos de producción optimizados y, por lo tanto, la competitividad de la industria fotovoltaica alemana.
El principal objetivo del proyecto ‘50Percent’ (50Prozent, en alemán) es producir células solares multiunión monolíticas III-V con una eficiencia superior al 50% bajo irradiación concentrada. Se persigue desarrollar una célula solar multiunión con una eficiencia del 50% basada en la experiencia existente y nuevos hallazgos. Los cálculos de simulación muestran que este objetivo se puede lograr mediante el desarrollo constante de tecnologías establecidas, en combinación con barras de metal con reducción de sombras y una capa antirreflectante mejorada.
El proyecto se divide en cinco paquetes de trabajo. El primero de ellos se centra en la epitaxia y la optimización de materiales, el segundo en tecnologías de procesos, el tercero en el desarrollo de la célula solar multiunión altamente eficiente, el cuarto en la caracterización de las células solares y, finalmente, el quinto en el módulo concentrador Flatcon.
Nuevas eficiencias récord
Las células solares multiunión desarrolladas en el proyecto se instalarán y probarán en un módulo concentrador Flatcon, un concepto de módulo que en Fraunhofer ISE se ha desarrollado y optimizado durante los últimos 20 años. Se construirá y medirá un módulo Flatcon con un área de 1.088 cm2 en una unidad de seguimiento de dos ejes. El objetivo es lograr un nuevo récord de módulo del 40% en condiciones CSTC y calificar este valor para una entrada en las tablas de eficiencia de Progress in Photovoltaics.
De esta manera, el proyecto ‘50Percent’ persigue desarrollar una célula solar de unión múltiple III-V altamente eficiente, con el objetivo de lograr una eficiencia del 50% a nivel de célula y del 40% a nivel de módulo. Con su trabajo quieren contribuir a que la energía fotovoltaica de concentración sea aún más eficiente y competitiva. El objetivo es demostrar la excelencia de la investigación fotovoltaica aplicada en Alemania al establecer nuevas eficiencias récord para las células solares y los módulos concentradores.