Método de mejora de las células solares de silicio

Un proceso simple para depositar óxido de silicio en obleas de silicio podría ser un gran paso adelante para la fabricación de células solares de este material. Los investigadores de KAUST han utilizado un método llamado procesamiento de plasma en una cámara llena de gas de dióxido de carbono.

El silicio, elemento semiconductor, es el material elegido para alrededor del 90 por ciento de la producción de células solares. Cuando el silicio es dopado con impurezas seleccionadas, la energía de la luz solar puede obligar a los electrones a generar un flujo de corriente eléctrica.

Sin embargo, en la superficie expuesta del silicio surge un desafío técnico, descrito por Areej Alzahrani, una estudiante de doctorado de KAUST, como el problema de los "enlaces colgantes". Ella explica que la reducida disponibilidad de átomos de silicio para unirse en la superficie deja espacio para que los electrones expulsados por la energía de la luz se recombinen con los "agujeros" cargados positivamente que los electrones salientes dejan atrás.

Este problema puede resolverse generando una capa de óxido de silicio en las regiones superficiales utilizadas para formar contactos eléctricos en un proceso químico llamado pasivación. Varios métodos pueden lograr esto, pero todos tienen dificultades y limitaciones. También introducen un paso de fabricación adicional y costoso. "Los problemas con los métodos existentes nos retaron a encontrar un proceso más simple y práctico", dice Alzahrani.

El equipo expuso el silicio al dióxido de carbono en un plasma para permitir la deposición controlada del óxido de silicio, y luego superpuso otra capa de silicio. (Foto: © 2020 KAUST; Xavier Pita)

La solución consiste en exponer el silicio al dióxido de carbono en un plasma, un gas ionizado de baja temperatura. Esto permite la deposición controlada del óxido de silicio, seguido de la superposición de otra capa de silicio, como se requiere para la arquitectura de una célula solar. La realización de estos dos pasos en la misma cámara ofrece una reducción significativa de los costes de producción. "Este sencillo y simple proceso podría ser de gran utilidad para la industria de las células solares", concluye Alzahrani.

Señala que el equipo se sorprendió por el control que el método logra sobre la deposición de una capa ultrafina de óxido de silicio con la microestructura requerida. También genera películas de óxido que son más estables a altas temperaturas, superando otro problema con los métodos existentes. Las pruebas revelaron que el procedimiento permite altos voltajes y baja resistencia eléctrica, como se requiere para un funcionamiento eficiente.

Ahora que el equipo ha demostrado la técnica básica, planea moverse para desarrollar su potencial comercial. "Un primer paso será integrar este proceso en una célula solar completa y funcional, explorando al mismo tiempo mejores diseños de captación de luz", dijo el líder del grupo de investigación, Stefaan De Wolf. (Fuente: NCYT Amazings)