Investigadores Suizos consiguen eficiencia récord de 18,7% con células solares flexibles


Científicos de la APEM, la Agencia Federal Suiza para los Laboratorios de Ciencia de Materiales y Tecnología, han impulsado aún más la eficiencia de conversión de energía de células solares flexibles hechas de cobre indio galio (di) seleniuro (también conocido como CIGS) a un nuevo récord mundial de 18,7 por ciento – una mejora significativa sobre el récord anterior de 17,6 por ciento alcanzado por el mismo equipo en junio de 2010.

Las mediciones se han certificado de forma independiente por el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar en Friburgo, Alemania.

Todo es cuestión de dinero. Para producir electricidad solar accesible a gran escala, los científicos e ingenieros de todo el mundo han sido durante mucho tiempo tratando de desarrollar una célula solar de bajo costo, que es muy eficiente, fácil de fabricar y tiene un alto rendimiento. Ahora, un equipo del Laboratorio de Empa para la película fina y fotovoltaica, dirigido por N. Ayodhya Tiwari, ha hecho un gran paso adelante. “El valor de registro nuevo para las células solares CIGS flexible de 18,7% casi cierra la” brecha de eficiencia “a las células solares basadas en silicio (Si) obleas de silicio policristalino o células CIGS de película delgada sobre vidrio”, dijo Tiwari. Él está convencido de que “CIGS flexible y ligero células solares con una eficiencia comparable a la” mejor en su clase “tendrá un excelente potencial para lograr un cambio de paradigma y para que la energía solar de bajo coste en el futuro cercano”.

Una ventaja importante de CIGS flexibles de alto rendimiento de células solares es el potencial de los costes de fabricación inferior a través de rollo-a-rollo de procesamiento y, al mismo tiempo que ofrece una eficiencia mucho más altos que los actualmente en el mercado. Es más, estos módulos solares ligeros y flexibles ofrecen beneficios adicionales en términos de costos de transporte, instalación, marcos estructurales de los módulos, etc, es decir, reducir de forma significativa el llamado “equilibrio del sistema de” costos. En conjunto, las nuevas células CIGS polímero presentan numerosas ventajas para aplicaciones tales como fachadas, parques solares y dispositivos electrónicos portátiles. Con dispositivos de alto rendimiento ahora a su alcance, los nuevos resultados sugieren que los módulos monolíticamente interconectadas CIGS solar flexible con una eficacia superior al 16% deben ser alcanzables con los procesos se han desarrollado recientemente y conceptos.

En la vanguardia de la mejora de la eficiencia

En los últimos años, la tecnología de película delgada fotovoltaica basada en sustratos de vidrio ha adquirido la madurez suficiente para la producción industrial, la tecnología flexible de CIGS, sin embargo, sigue siendo un campo emergente. Las recientes mejoras en la eficiencia en los laboratorios de investigación y plantas piloto – entre otros por el grupo de Tiwari, en primer lugar en la ETH Zurich y desde hace un par de años en el Empa – están contribuyendo a mejorar el rendimiento y la superación de las barreras de fabricación.

Trabajando en estrecha colaboración con científicos de FLISOM, una nueva empresa que está ampliando y comercialización de la tecnología, el equipo de Empa hecho progresos significativos en el crecimiento de baja temperatura de las capas de células CIGS rendimiento CIGS flexibles que son cada vez más eficientes, por encima de un valor sin precedentes del 14,1% en 2005 a la nueva puntuación más alta “de 18,7% para cualquier tipo de célula solar flexible crecido en polímero o papel de aluminio. Las últimas mejoras en la eficiencia de las células han sido posibles a través de una reducción de las pérdidas por recombinación mejorar las propiedades estructurales de la capa de CIGS y el proceso de deposición de propiedad a baja temperatura para el crecimiento de las capas, así como en el dopaje situ con Na en la fase final. Con estos resultados, las películas de polímero tienen por primera vez demostrado ser superior a las hojas de metal como un substrato del portador para el logro de mayor eficiencia.

Registro de la eficiencia hasta el 17,5% de láminas de acero cubiertas con barreras de difusión de impurezas fueron logrados hasta ahora con los procesos de crecimiento CIGS a temperaturas superiores a 550 ° C. Sin embargo, cuando se aplica a la hoja de acero sin ningún tipo de barrera de difusión, el propietario de la baja temperatura proceso de deposición CIGS desarrollado por Empa y FLISOM de películas de polímero emparejar fácilmente el rendimiento alcanzado con el procedimiento de alta temperatura, lo que resulta en una eficiencia del 17,7%. Los resultados sugieren que el uso común recubrimientos de barrera para las impurezas perjudiciales en las hojas de metal no sería necesario.”Nuestros resultados muestran claramente las ventajas del proceso de depósito de baja temperatura CIGS para lograr mayor eficiencia en células solares flexibles de polímero, así como hojas de metal”, dice Tiwari.

Los proyectos fueron apoyados por el Fondo Nacional Suizo (FNS), la Comisión de Tecnología e Innovación (CTI), la Oficina Federal Suiza de Energía (SFOE), Programas Marco de la UE, así como por las empresas suizas W. Blösch AG y FLISOM.

El aumento de producción de células solares CIGS flexibles

La mejora continua en la eficiencia de conversión de energía de células solares CIGS flexible no es poca cosa, dice Empa Director Gian-Luca Bona. “Lo que vemos aquí es el resultado de un profundo conocimiento de las propiedades del material de las capas y las interfaces combinado con un desarrollo de procesos innovadores de una manera sistemática. A continuación, tenemos que transferir estas innovaciones a la industria para la producción a gran escala de baja costo módulos solares para despegar. ” Empa científicos están trabajando actualmente junto con FLISOM para desarrollar aún más los procesos de fabricación y aumentar la producción.