La clave para plantas solares más eficientes está en la temperatura

Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk (DGIST) logró un avance significativo en la eficiencia de las celdas solares ecológicas mediante un control sencillo de la temperatura. Este descubrimiento destaca cómo incrementar rápidamente la temperatura durante el procesamiento térmico del material puede llevar a un crecimiento cristalino más ordenado y a un transporte de carga más efectivo.

El material en cuestión, llamado selenuro de antimonio (Sb2Se3), es una opción amigable con el medio ambiente compuesto únicamente de antimonio y selenio, elementos abundantes en la Tierra y sin compuestos nocivos como el cadmio o el plomo. Este material ha ganado gran atención por su robustez y la posibilidad de producción a gran escala debido a su fuerte absorción de luz y estabilidad térmica y química.

No obstante, las celdas solares convencionales basadas en Sb2Se3 enfrentan problemas de eficiencia, ya que la orientación aleatoria de los cristales y los defectos estructurales limitan el transporte de electrones y huecos. Para abordar esta cuestión, el equipo de investigación exploró la tasa de crecimiento cristalino, específicamente la temperatura de calefacción durante el proceso de fabricación de las celdas solares.

Se descubrió que una tasa de calentamiento mayor facilita una alineación cristalina uniforme y reduce los defectos, lo que permite un transporte de carga más fluido y una mejora considerable en la eficiencia. Este hallazgo demuestra que incluso un control simple de la temperatura puede alterar la estructura cristalina y las propiedades de transporte de carga, mejorando fundamentalmente el rendimiento del dispositivo.

El equipo empleó diversas técnicas analíticas para investigar las características de los defectos, incluyendo microscopía electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD), espectroscopía fotoelectrónica ultravioleta (UPS) y espectroscopía de admisión. Los resultados mostraron que un aumento gradual de la temperatura conducía al crecimiento aleatorio de cristales, resultando en más defectos que obstaculizaban el transporte de carga.

En contraste, un proceso de calentamiento más rápido generó cristales alineados de manera uniforme, mejorando el flujo de electrones y la eficiencia. Estos resultados demuestran experimentalmente que un aumento en la tasa de crecimiento cristalino puede reducir los defectos y facilitar el transporte de electrones.

El estudio fue liderado por los investigadores principales Dae-Hwan Kim y Kee-Jeong Yang de la División de Tecnología Energética y Ambiental del DGIST, en colaboración con el equipo del profesor Junho Kim de la Universidad Nacional de Incheon.

Yang mencionó: "Este estudio ofrece una pista para abordar una de las limitaciones clave de las celdas solares de selenuro de antimonio, que son los problemas de orientación cristalina y los defectos estructurales. Al controlar la tasa de crecimiento cristalina en la etapa temprana del proceso de fabricación, podemos maximizar el potencial del material. Se espera que esto contribuya significativamente a la futura comercialización y desarrollo de módulos de gran área."