Para ello los investigadores han reemplazado las células de triple unión convencionales (con semiconductores de los grupos III a V de la tabla periódica de los elementos) por un mecanismo de cuádruple unión. Primero montan dos estructuras de doble unión por separado y luego se fusionan. Las células multiunión se utilizan en plantas de fotovoltaica de concentración y son mucho más pequeñas que las habituales células cristalinas.
“Estamos encantados de haber logrado un 43,6% de eficiencia gracias a la tecnología de unión de obleas. Por vez primera podemos combinar los mejores materiales compuestos de los grupos III–V en una sola célula. Esto nos encamina hacia una nueva generación de células multiunión que muestran potenciales de eficiencia excepcionales”, señala Frank Dimroth, jefe del Departamento de Epitaxia III–V y Células Solares del Fraunhofer ISE de Friburgo (Alemania).
“Ahora somos capaces de combinar cristales que con tecnología convencional no podíamos superponer en capas sin deteriorar la calidad de los materiales”. La tecnología de unión de obleas que ha permitido lograrlo es uno de los conocimientos clave de la compañía francesa Soitec y su socio CEA–Leti. Y se ha estado usando durante décadas en la industria de microelectrónica. Ahora han desarrollado los requerimientos específicos para usarla con las células solares: estabilidad mecánica, transparencia óptica y conductividad eléctrica.
En el Fraunhofer ISE tuvieron que ser optimizadas más de 30 capas de material semiconductor para lograr esta célula de cuádruple unión. Parte de la estructura de la célula fue desarrollada en el Helmholtz Zentrum Berlin por el grupo de investigación del profesor Thomas Hannappel (ahora en el Technical University Ilmenau) y transferida al Fraunhofer ISE donde fue integrada en el proceso de epitaxia o crecimiento por capas.
“El resultado de esta colaboración franco–alemana es una célula de cuádruple unión con una eficiencia excepcional del 43,6% con una concentración solar de 319 soles. La eficiencia se mantiene en el 43% con rangos de concentración solar de entre 250 y 500 soles. Es la primera vez que se obtienen una eficiencia tan alta con células multiunión. Y el siguiente paso es alcanzar eficiencias del 50%”, explican en el Fraunhofer ISE.
Este tipo de células están destinadas a los módulos fotovoltaicos de concentración de Soitec. In 2009 la compañía adquirió la antigua Concentrix Solar GmbH, una spin-off del Fraunhofer ISE. Desde entonces el instituto continúa apoyando a Soitec en el desarrollo de estas células, apropiadas para utilizar en regiones con alta radiación solar.
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