Células Multiunión

Células Multiunión

 

La búsqueda de células solares termodinámicamente más eficientes que las células de silicio es uno de los retos actuales de la tecnología fotovoltaica. En este sentido en este Programa la inverstigación gira en torno a tres actividades:

  • A2.1 Obtener células solares con una eficiencia superior del 40%.
  • A2.2 Determinar su fiabilidad bajo concentración
  • A2.3 Desarrollar células multiunión bajo substratos de silicio.

La primera actividad (A2.1) consiste en lograr células solares de triple unión GaInP/GaInAs/Ge con eficiencias superiores al 40%. Para ello, y partiendo del actual resultado del 39%, el Grupo S35 hará una optimización global de la estructura semiconductora utilizando modelos avanzados de simulación. Los resultados de la simulación se implementarán prácticamente para obtener células con eficiencias superiores 40%. El actual record del mundo de eficiencia con este tipo de célula lo tiene la compañía Spectrolab (Estados Unidos) con un 41.6%. Alternativamente, otras arquitecturas de célula de tres y cuatro uniones han logrado eficiencias entre el 42 y 44% (siendo el record absoluto del 44,7%) pero ninguna de ellas ha logrado pasar a la fase de industrialización, ya que son muy complicadas de fabricar. Por ello, pretendemos analizar detalladamente varias arquitecturas de célula solar con las que poder lograr eficiencias del 45%, con la condición de que sean susceptibles de fabricación a un coste competitivo. La segunda actividad (A2.2) consiste en la determinación de la fiabilidad de las células solares a concentraciones de 500-1000 soles. El Grupo S35 ya ha desarrollado procedimientos y modelos para la determinación de la vida media y la evolución de la degradación de las células mediante ensayos acelerados que requieren tan solo unas semanas. Lo que se pretende ahora es determinar la vida media, MTTF (Mean Time To Failure), función fiabilidad, evolución de la pérdida de potencia entregada en función del tiempo, etc. de las células fabricadas en la actividad A2.1. Ya que todavía no existen equipos que permitan el envejecimiento acelerado en condiciones de iluminación a concentraciones de 500-1000 soles (el Grupo ISI persigue fabricar el primero), en este Programa principalmente se inyectará a las células que se encuentran en el interior de cámaras climáticas (que aceleran la degradación en temperatura) la corriente equivalente que generarían en iluminación. La equivalencia entre la inyección de corriente en oscuridad respecto de la generada en iluminación, ha sido determinada teóricamente por el Grupo S35 mediantes modelos 3D. No obstante, en este Programa se pretende corroborar dicha equivalencia mediante la degradación en condiciones reales de funcionamiento, a través de la medida de células ubicadas en módulos de concentración suministrados por la empresa Abengoa colocados en seguidores solares.

La tercera actividad (A2.3) pretende la fabricación de células solares multiunión III-V/ Si. Dichas estructuras están formadas por células superiores de semiconductores III-V monolíticamente crecidas sobre sustratos de silicio, que actúan como célula inferior. Con ello, se pretende conjugar el alto potencial de los semiconductores III-V con el bajo coste, la disponibilidad y la abundancia del silicio. Hasta ahora, el trabajo del Grupo S35 se ha centrado en la optimización de la célula inferior de silicio, en términos de 1) la formación de un emisor adecuado, 2) preparación de la superficie para un posterior crecimiento epitaxial libre de defectos y 3) garantizar buenas propiedades fotovoltaicas en la célula inferior. Una vez optimizada la célula inferior, el trabajo se va a centrar en el desarrollo de un substrato virtual de GaAsP sobre Silicio, mediante: 1) el desarrollo de una capa de nucleación de GaP, ajustada en red al silicio, minimizando la aparición de defectos cristalográficos y posteriormente, 2) el desarrollo de una capa buffer metamórfica de GaAs1xPx que acomode los defectos generados durante la introducción del As. Una vez optimizado dicho substrato virtual, se abordará el crecimiento de una unión túnel de alta conductancia, y finalmente se optimizará la célula superior de GaAsP.

Esta actividad se encuentra liderada por el Grupo S35. Las células fabricadas también servirán para que el Grupo ISI las analice utilizando los sistemas que desarrolla como, por ejemplo el equipo que ha denominado LYSS y que se explicará en el contexto de la explicación del Objetivo 3. El Grupo CSIC-IMM participará estudiando la aplicación de técnicas de atrapamiento de luz para la mejora de la eficiencia de las células. El Laboratorio IBLAB aportará su sistema de caracterización por fotorreflectancia para la caracterización de los gaps que forman las células multiunión.

OBJETIVOS INTERDISCIPLINARES

PLAN DE FORMACION

Se busca realizar acciones en distintos ámbitos que nos permitan alcanzar los siguientes objetivos:

 

  1. Incrementar la masa de personal investigador altamente cualificado con el fin de aportar solidez tanto al sistema de investigación como al tejido productivo fotovoltaico.

 

  1. Incentivar el desarrollo de nuevas carreras profesionales en el sector de la I+D+i y dotar de nuevas aptitudes a los investigadores.

 

  1. Impulsar la enseñanza de la disciplina fotovoltaica en sus diversos ámbitos científico-tecnológicos

 

  1. Promover y fomentar el establecimiento de redes y contactos externos.

PLAN DE IMPACTO

Con objeto de maximizar los resultados del Programa MADRID-PV, se llavan a cabo las siguientes actividades:

 

  • Creación y mantenimiento de la web del Programa: fácil, sencilla y didáctica.
  • Fomento de las publicaciones
    • En revistas científicas internacionales de alto impacto
  • En publicaciones dedicadas al sector industrial
  • En acceso abierto al público en general.
    • Generación de patentes y de propiedad industrial que valoricen los resultados de la investigación.
    • Participación en Ferias y eventos destinados a la divulgación de la ciencia y tecnología como en aquellos destinados a profesionales del sector.
    • Abrir a terceros la oferta tecnológica de nuestros equipos

     

    ACTIVIDAD DEL LABORATORIO

    La contribución de IBLAB al Programa MADRID-PV se centra en el desarrollo de las siguientes líneas de actuación:

     

     

    • Mejorar la oferta de servicios mediante la inclusión de nuevas técnicas y equipamiento.

     

    • Contribuir al Programa de Formación del Consorcio mediante acciones específicas como la formación de técnicos de laboratorio.

     

    • Mantener su compromiso con la normativa de calidad