Investigadores del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) han fabricado una célula solar semitransparente basada en pozos cuánticos múltiples (MQW) amorfos ultrafinos hidrogenados de silicio y germanio (Si/Ge).

“Nuestra novedosa tecnología de célula solar semitransparente podría ofrecer varias oportunidades de integración en diversas aplicaciones, como fachadas de vidrio en edificios y ventanas, techos solares en vehículos e invernaderos para agrivoltaics”, declaró el investigador Hosni Meddeb a pv magazine. “Las capacidades de diseño personalizado podrían permitir una utilización multifuncional más allá de la captación de energía solar, como el aspecto estético, el confort visual y la gestión térmica”.

Los pozos cuánticos son finas nanoestructuras insertadas en las capas de las células para alterar la banda prohibida y otras propiedades. En anteriores investigaciones fotovoltaicas, estas nanoestructuras se utilizaban como pozos cuánticos simples (SQW) y la novedad de esta investigación consiste en darles una configuración “múltiple”.

“Esto permite un grado extra de libertad tanto para el diseño óptico como para la ingeniería de la banda prohibida”, afirman los científicos, que señalan que los MQW ofrecen ventajas tanto para el rendimiento fotovoltaico como para la transparencia.

Construyeron varias células solares con MQWs o SQWs y compararon su rendimiento en condiciones de iluminación estándar para evaluar el alcance de las ventajas aportadas por las primeras. Depositaron los electrodos frontal y posterior mediante la técnica de pulverización catódica con magnetrón de corriente continua y fabricaron las capas funcionales semiconductoras mediante el método de deposición química en fase vapor mejorada con plasma (PECVD) a baja temperatura de 13,56 MHz. También recocieron las células a 100 C durante 30 minutos.

Según los investigadores, una célula construida con seis MQW de 2,5 nanómetros obtuvo mejores resultados en términos de tensión en circuito abierto y factor de llenado que un dispositivo basado en un SQW de 20 nanómetros. La célula campeona alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 3,4% y un nivel medio de transmisión visible en torno al 33%.

“Se consigue una eficiencia de aprovechamiento de la luz superior al 1,1%, que puede considerarse una de las más altas entre las tecnologías de células solares semitransparentes inorgánicas”, explicaron.

El grupo de investigación describió la tecnología de la célula en “Novel semi-transparent solar cell based on ultrathin multiple Si/Ge quantum wells” (Nueva célula solar semitransparente basada en múltiples pozos cuánticos ultrafinos de Si/Ge), publicado recientemente en Progress in Photovoltaics. En la actualidad está intentando establecer una evaluación tecnoeconómica y ecológica para la aplicación de su novedosa tecnología de células solares semitransparentes en la fotovoltaica integrada en edificios. En el futuro se esperan más consideraciones no técnicas y estimaciones detalladas de costes.

“El concepto de película fotovoltaica ultrafina que proponemos podría ofrecer ventajas tecnológicas prometedoras en cuanto a bajo consumo de material, rapidez de fabricación y reducción de costes”, explica Meddeb. “Junto con el proceso de fabricación rentable y compatible con la industria, la modularización a gran escala es similar a la de las tecnologías fotovoltaicas de capa fina maduras. Esto facilitaría la transferencia de tecnología hacia el nivel de fabricación y comercialización”.