Las dificultades se concentran principalmente a nivel de la interfaz entre la capa que capta la luz y el electrodo metálico trasero. En ese lugar preciso, defectos microscópicos, reacciones químicas no deseadas y la migración de átomos perturban la circulación de las cargas eléctricas. En consecuencia, estas perturbaciones limitan considerablemente la capacidad de la célula para convertir la luz solar en electricidad utilizable.
Esquema que ilustra cómo la capa intermedia de óxido de germanio mejora la estructura y el rendimiento de la célula solar.
Crédito: Prof. Jaeyeong Heo, Universidad Nacional de Chonnam
Afortunadamente, un equipo de la Universidad Nacional de Chonnam en Corea del Sur ha descubierto una pista interesante para resolver este problema. Su enfoque consiste en insertar una capa extremadamente fina de óxido de germanio, de apenas 7 nanómetros de espesor, entre el contacto de molibdeno y la capa activa de sulfuro de estaño. Esta película nanométrica actúa como un escudo multifuncional a escala atómica.
Para lograrlo, los investigadores utilizaron un proceso de deposición en fase vapor, un método compatible con una producción a mayor escala. Según el profesor Jaeyeong Heo, esta delgada capa intermedia permite bloquear la difusión de impurezas, impedir la formación de compuestos resistivos y reducir los defectos en el material. Como resultado, estas mejoras conducen a una estructura más homogénea y a un transporte de carga más eficaz.
Los resultados publicados en la revista Small confirman una clara progresión. En efecto, la eficiencia de conversión de potencia pasó de 3,71% para las células estándar a 4,81% con la nueva arquitectura, ¡es decir, una mejora de casi el 30%! Este avance representa uno de los valores más altos jamás registrados para células solares basadas en sulfuro de estaño fabricadas mediante esta técnica.
Este dominio de la interfaz metal/semiconductor podría tener repercusiones mucho más allá del único ámbito fotovoltaico. Por ejemplo, podría beneficiar a otras tecnologías como los transistores de capa delgada, los dispositivos termoeléctricos o los sensores, donde la calidad del contacto es primordial para el rendimiento global. Este trabajo abre así nuevas perspectivas para el desarrollo de componentes electrónicos avanzados.
El funcionamiento de una célula solar de capa delgada
A diferencia de los paneles clásicos de silicio cristalino, las células solares de capa delgada se distinguen por su espesor reducido, a menudo inferior a la micra. Su fabricación se basa en la deposición de finas capas de materiales fotovoltaicos sobre un sustrato de vidrio, plástico o metal. Este enfoque permite una producción más rápida y menos energívora, con un uso menor de materia prima.
Su principio básico sigue siendo la conversión de la luz en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Cuando los fotones de la luz solar golpean el material semiconductor, liberan electrones, creando una corriente eléctrica. No obstante, la finura de las capas exige una gran precisión en la fabricación para evitar las pérdidas de energía.
Entre los materiales utilizados, se encuentra el telururo de cadmio o el silicio amorfo. El sulfuro de estaño atrae la atención por su abundancia y ausencia de toxicidad. Estas células están particularmente adaptadas a aplicaciones que requieren flexibilidad o una integración discreta, como en edificios u objetos conectados.