El recubrimiento protector ultra delgado aumenta el rendimiento de las células solares del telururo de cadmio en un 13%
Crédito: ACS Aplicada Materiales e interfaces (2025). Doi: 10.1021/acsami.4c16902
Un equipo de investigación dirigido por NYU Tandon ha desarrollado una técnica novedosa para mejorar significativamente el rendimiento de las células solares de telururo de cadmio (CDTE). A diferencia de los paneles de silicio convencionales que usan capas gruesas de silicio, estas células solares usan un enfoque más simple y costoso: depositar una capa ultra delgada de compuestos de cadmio y telurio en el vidrio.
Este diseño más delgado reduce los costos de fabricación al tiempo que ayuda a las células a mantener su eficiencia a altas temperaturas y en condiciones de poca luz. Aunque menos comunes que los paneles de silicio tradicionales, los paneles de azul oscuro o negro conocidos que se ven en los tejados, las células solares de CDTE son una tecnología emergente utilizada principalmente en granjas solares a escala de servicios públicos, que actualmente representan aproximadamente el 40% de las instalaciones solares a gran escala estadounidense.
Sin embargo, un desafío persistente con estas células ha sido el daño que ocurre durante un paso de fabricación crítico, cuando se agrega el cableado de metal para recolectar electricidad de la celda. El proceso de alta temperatura para aplicar estos contactos de metal puede dañar el material, particularmente en los límites donde se encuentran las regiones de cristal microscópico, como los puntos débiles entre los mosaicos en un mosaico. Este daño crea barreras que reducen la potencia de salida de la célula.
En la investigación publicada en ACS Applied Materials & Interfaces, el equipo descubrió que la aplicación de un recubrimiento de óxido ultra delgado, ya sea óxido de galio de aluminio (Algaox) o óxido de silicio (SIOX), antes de agregar contactos de metal como el oro previene este daño. El recubrimiento se acumula naturalmente en estos límites vulnerables entre las regiones de cristal, protegiéndolos mientras deja el resto de la superficie despejado para el contacto eléctrico.
Esta solución simple y escalable ha llevado a mejoras importantes en la salida eléctrica de las células, aumentando el voltaje máximo que pueden producir en un 13% y aumentando su generación general de energía.
“Las células solares de silicio se clasifican a temperatura ambiente, pero su rendimiento disminuye a medida que aumentan las temperaturas. No tiene ese problema con las células CDTE, lo que las hace particularmente valiosas en regiones más cálidas como el Caribe o cerca del ecuador”, dijo André Taylor, un profesor de ingeniería química y biomolecular de la NYU, uno de los autores del periódico.
El autor correspondiente del documento es B. Edward Sartor, quien era estudiante de doctorado en el laboratorio de Taylor cuando se realizó el estudio.
Con la capa protectora en su lugar, el voltaje de circuito abierto de las células solares aumentó de 750 a 850 milivoltios. El factor de relleno, otra métrica de eficiencia clave, también mejoró, siempre que la capa de óxido se mantuviera lo suficientemente delgada como para evitar aumentar la resistencia eléctrica.
“La capa de algaox protege la celda cuando está evaporando los contactos de oro, que vienen a alta temperatura y se condensan en la superficie. Sin esta protección, daña la interfaz y crea defectos que disminuyen el rendimiento del dispositivo”, explicó Taylor.
La capa de óxido se aplica a través de un proceso simple de recubrimiento de giro, una técnica ampliamente utilizada en la fabricación de semiconductores que permite un control preciso sobre la cobertura. Los investigadores también encontraron que el método funciona con diferentes contactos de metal, incluidos el oro y el molibdeno, y que muestra beneficios potenciales cuando se combina con capas tampón dopadas con nitrógeno de zinc-teluride (ZNTE: N), que ayudan a facilitar el movimiento de los portadores de carga positivos (agujeros) en la célula solar.
“Este descubrimiento sugiere un camino prometedor para hacer que las células solares de CDTE sean más eficientes y confiables”, dijo Taylor. “Es un ajuste directo a los procesos de fabricación existentes que podrían avanzar potencialmente la producción de energía solar”.
La investigación llega en un momento crítico para la fabricación solar estadounidense. Después de perder el mercado de células solares de silicio por China, CDTE Technology ofrece una oportunidad estratégica para reconstruir las capacidades de fabricación nacional, con compañías como First Solar que lideran el camino. La tecnología también ofrece un ángulo de sostenibilidad único: Tellurium, un ingrediente clave, se puede extraer de operaciones mineras de cobre, donde anteriormente se consideraba un material de desecho, potencialmente creando un nuevo valor económico.
Más información: B. Edward Sartor et al, aislamiento selectivo de límites de grano superficial por dieléctricos de óxido mejora el rendimiento del dispositivo de CD (SE, TE), ACS Apliced Materials e interfaces (2025). Doi: 10.1021/acsami.4c16902
Proporcionado por la Escuela de Ingeniería NYU Tandon
Cita: El recubrimiento protector ultra delgado aumenta el rendimiento de las células solares de telururo de cadmio en un 13% (2025, 28 de mayo) recuperado el 28 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-ultra-thin-coating-boosts-cadmium.html
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