Cómo funcionan las células solares flexibles dopadas con metales alcalinos

"Cuando se desarrollen células solares ecológicas, baratas, versátiles y eficientes, todas las centrales térmicas y nucleares desaparecerán, y las células solares instaladas sobre el océano o en el espacio exterior alimentarán nuestro mundo", afirma el profesor Dong-Seon Lee del Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju, en Corea. Su visión altamente optimista del futuro refleja las visiones de muchos investigadores involucrados en el esfuerzo de mejorar las células solares que se utilizan en los paneles solares.

Con el tiempo, en este esfuerzo, los científicos se han dado cuenta de que dopar -distorsionar una estructura cristalina introduciendo una impureza-, células solares policristalinas fabricadas mediante la fusión de cristales llamados CZTSSe con metales alcalinos abundantes y respetuosos con el medio ambiente, como el sodio y el potasio, puede mejorar su eficiencia en la conversión de luz en electricidad y, al mismo tiempo, conducir a la creación de células solares flexibles de película fina baratas que, huelga decir, podrían encontrar muchas aplicaciones en una sociedad que está haciendo cada vez más común la electrónica portátil. Sin embargo, aún se desconoce por qué el dopaje mejora el rendimiento.

En un reciente artículo publicado en la revista Advanced Science, el Prof. Lee y su equipo revelan una parte de esta incógnita. Sus revelaciones provienen de sus observaciones de la composición y las propiedades de transporte de carga eléctrica de las células CZTSSe dopadas con capas de fluoruro de sodio de diversos espesores.

(Foto: Pixabay on Pexels)

Al analizar estas células dopadas, el Prof. Lee y su equipo vieron que la cantidad de dopante determinaba el camino que los portadores de carga tomaban entre los electrodos, haciendo que la célula fuera más o menos conductiva. Con un grosor óptimo de la capa dopada de 25 nanómetros, las cargas fluyeron por el cristal a través de vías que permitían la máxima conductividad. Esto a su vez, según la hipótesis de los científicos, afectaba al "factor de llenado" de la célula, lo que indica la eficiencia de conversión de la luz en electricidad. A 25 nanómetros, se obtuvo un factor de llenado récord del 63%, una notable mejora con respecto al límite anterior del 50%. El rendimiento general también fue competitivo con esta cantidad de dopaje.

Estos resultados proporcionan información sobre las CZTSSe y otras células solares policristalinas, preparando el camino para mejorarlas aún más y lograr una sociedad sostenible. Pero el rendimiento competitivo de la célula solar que produjo estos hallazgos proporciona ya aplicaciones en el mundo real más tangibles para nosotros, la gente común, como explica el profesor Lee: "Hemos desarrollado células solares flexibles y ecológicas que serán útiles de muchas maneras en nuestra vida real, desde la fotovoltaica integrada en los edificios y los techos de paneles solares, hasta los dispositivos electrónicos flexibles". Y dada la audaz visión que el Prof. Lee tiene, tal vez una economía verde no esté muy lejos. (Fuente: NCYT Amazings)