Científicos de Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) han dado a conocer noticias positivas sobre el aumento de la eficiencia de las células solares de capa fina. Como sabemos que los científicos están tratando de aumentar la eficiencia de las células solares para que puedan ser consideradas como una alternativa seria a los combustibles fósiles.
Los investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) también están trabajando desde este ángulo. Ellos optaron por las simulaciones por computadora para sondear más profundamente en la combinación de indio/galio para aumentar la eficiencia de las células solares de capa fina de cobre, indio, galio, galio y seleniuro (di)seleniuro (CIGS). Hasta ahora, el CIGS ha mostrado sólo un 20% de eficiencia, aunque teóricamente puede alcanzar los niveles de eficiencia del 30%.
Ventajas de CIGS:
Las células CIGS son más baratas que sus homólogas de silicio debido a los menores costes de material y fabricación, lo que se traduce en menores costes de fabricación. El CIGS tiene un material de banda directa, por lo que presenta una fuerte tendencia a la absorción de la luz, y sólo 1-2 micrómetros de CIGS son suficientes para absorber la mayor parte de la luz solar. Las células fotovoltaicas de silicio convencionales son rígidas, pero las células CIGS son flexibles. Las células solares de capa fina están superando lentamente la tabla de popularidad del mercado solar.
Trabajar en la eficiencia del CIGS: Actualmente, las células CIGS muestran una eficiencia de alrededor del 20%. Estas células absorben la luz solar a través de una fina capa de cobre, indio, galio, selenio y azufre. Los científicos de la Universidad de Maguncia, encabezados por la profesora Claudia Felser, están explotando las simulaciones por ordenador para averiguar las propiedades del CIGS.
Esta investigación forma parte del proyecto comCIGS. Este proyecto está financiado por el Ministerio Federal Alemán de Medio Ambiente, Conservación de la Naturaleza y Seguridad Nuclear (BMU).
Los investigadores se están concentrando en la proporción óptima del rompecabezas indio/galio. ¿Qué proporción de indio/galio sería ideal para aumentar la eficiencia del CIGS? Antes se descubrió que la relación deseada debería ser de 30:70, en la práctica; el nivel de eficiencia más alto se ha obtenido con la relación exactamente opuesta de 70:30.
Christian Ludwig, que es miembro del equipo del profesor Felser, trabajó en los cálculos utilizando un método híbrido. Este método híbrido incluía una combinación de cálculos funcionales de densidad y simulaciones de Monte Carlo. El Dr. Thomas Gruhn es el jefe del grupo de teoría del equipo del Prof. Felser.
Dice: «Los cálculos funcionales de densidad permiten evaluar las energías de las estructuras locales desde el punto de vista de la mecánica cuántica. Los resultados pueden ser utilizados para determinar los efectos de la temperatura en amplios rangos de escala de longitudes con la ayuda de simulaciones de Monte-Carlo».
La homogeneidad del material es la clave para una alta eficiencia:
Los científicos descubren que los átomos de indio y galio no están distribuidos uniformemente en el material del CIGS; hay una fase en la que el indio y el galio están completamente separados. Esta separación ocurre justo por debajo de la temperatura ambiente. Los investigadores también probaron varias combinaciones de temperaturas y descubrieron que cuanto más alta es la temperatura, más homogéneo se vuelve el material.
Cuanto más falta de homogeneidad del material rico en galio, más bajos son los niveles de eficiencia de las células CIGS ricas en galio. Este fenómeno es descubierto por primera vez por el equipo del Prof. Felser.
El equipo también descubrió una mejor manera de fabricar células solares CIGS. El equipo de investigación dice que si el material rico en galio se produce a temperaturas más altas, el material es notablemente más homogéneo. Para mantener la homogeneidad, el material rico en galio debe enfriarse rápidamente.
El vidrio se utiliza como sustrato para las células solares. El vidrio siempre ha restringido las temperaturas de proceso. Pero Schott AG ha logrado inventar un vidrio especial con el que se puede aumentar la temperatura del proceso. Naturalmente, las células serían más homogéneas. Esto llevaría a la producción de células con un nivel de eficiencia mucho mayor.
Según Gruhn, «actualmente estamos trabajando en células solares de gran formato que deberían superar a las células convencionales en términos de eficiencia. Las perspectivas parecen prometedoras.»
