www.futurenergyweb.es 68 FuturEnergy | Enero-Febrero January-February 2017 Una de las maneras de mejorar la eficiencia de conversión de una célula solar fotovoltaica, es decir, la eficiencia con la que convierte la luz solar en electricidad, consiste en apilar, en la misma estructura, varias células solares de diferentes materiales semiconductores, creando lo que se conoce como célula solar multiunión o célula tándem. Mediante esta técnica ya se han alcanzado eficiencias de conversión fotovoltaica superiores al 40%, utilizando células de tres y cuatro uniones semiconductoras, mientras que la eficiencia máxima de una célula solar convencional de silicio se encuentra en el 25%. Sin embargo, para alcanzar eficiencias superiores al 50% es necesario incorporar más subcélulas, diseñando y fabricando dispositivos formados por cinco o seis uniones. En estos diseños, el reto actual es conseguir el conjunto de semiconductores más adecuado para fabricar dichos dispositivos. En un estudio internacional, publicado en la revista científica Applied Physics Letters, investigadores de las universidades de Yale, Illinois y Rey Juan Carlos han logrado duplicar la eficiencia de conversión de la luz solar en electricidad en la subcélula superior. El artículo ‘Células solares de AlGaInP de alta eficiencia crecidas mediante epitaxia de haces moleculares (MBE)’ presenta el trabajo realizado por los investigadores con fosfuro de indio–galio-aluminio (AlGaInP), un material semiconductor que ofrece múltiples posibilidades. El AlGaInP es un material semiconductor cuaternario muy interesante, ya que se puede crecer ajustado en red sobre arseniuro de galio (GaAs), minimizando los defectos cristalinos de la estructura y por ello aumentando la eficiencia de los dispositivos, y al mismo tiempo tiene un ancho de banda prohibida elevado y configurable entre 1.9 y 2.2 eV. La epitaxia por haces moleculares o Molecular Beam Epitaxy (MBE) es una tecnología de crecimiento de materiales avanzados (semiconductores compuestos, superconductores, etc.), utilizada para fabricar dispositivos electrónicos y optoelectrónicos como láseres, células solares o circuitos integrados para altas frecuencias. Mediante la combinación de diferentes estrategias descritas en el artículo se ha conseguido, entre otros logros, aumentar la corriente fotogenerada por las células hasta en un 80% y fabricar células de AlGaInP por MBE con eficiencias cercanas al 11%, el doble de lo conseguido y publicado hasta la fecha. Esta optimización es un paso fundamental previo a la integración de estos dispositivos de AlGaInP en células solares multiunión de cinco o seis uniones para superar la barrera del 50% de eficiencia de conversión fotovoltaica. Estas células ultra-eficientes serán esenciales para el futuro desarrollo y despliegue de la energía solar fotovoltaica de concentración o para aplicaciones espaciales. Este trabajo forma parte del proyecto de investigación de la Universidad de Yale con título ‘Dual-Junction Solar Cells for High-Efficiency at ElevatedTemperature’ (‘Células Solares de Doble Unión para Alta Eficiencia aTemperaturas Elevadas’) y financiado por Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados-Energía (ARPA-E), órgano dependiente del Gobierno de EE.UU. One of the ways to improve the conversion efficiency of a solar PV cell, in other words, the efficiency with which it converts sunlight into electricity, comprises stacking several solar cells of different semiconductor materials inside the same structure, creating what is known as multi-junction solar cells or tandem cells. Thanks to this technique, PV conversion efficiencies in excess of 40% have already been achieved using cells with three and four semiconductor junctions, compared to the 25% maximum efficiency of a conventional silicone solar cell. However, to achieve efficiencies of over 50%, more sub-cells have to be incorporated, designing and manufacturing devices made up of five or six junctions. In these designs, the current challenge is to achieve a combination of the most appropriate semiconductors to manufacture such devices. In an international study, published in the scientific journal Applied Physics Letters, researchers from the universities of Yale, Illinois and the Rey Juan Carlos have managed to double the conversion efficiency of sunlight into electricity in the top sub-cell. The article ‘High-efficiency AIGaInP solar cells grown by molecular beam epitaxy (MBE)’ presents the work undertaken by the researchers using aluminiumgallium indiumphosphide (AIGaInP), a semiconductor material that offers multiple possibilities. AIGaInP is a very interesting quaternary semiconductor material, as it can be grown lattice-matched on gallium arsenide (GaAs). This minimises the crystalline defects of the structure and thereby increases the efficiency of the devices, while having a wide and tunable bandgap of between 1.9 and 2.2 EV.Molecular Beam Epitaxy (MBE) is an advancedmaterials growth technology (compound semiconductors, superconductors, etc.), used tomanufacture electronic and optoelectronic devices such as lasers, solar cells and integrated circuits for high frequencies. By combining different strategies as described in the article, the team has managed, among other achievements, to increase the cells’ photogenerated current by up to 80% and manufacture MBE-grown AIGaInP cells with efficiencies close to 11%, double that achieved and published to date. This optimisation is an essential step prior to the integration of such AIGaInP devices in multi-junction solar cells with five or six junctions to break through the 50% PV conversion efficiency barrier. These ultra-efficient cells will be essential for the future development and deployment of CSP energy or for space applications. This work forms part of the Yale University research project entitled ‘Dual-Junction Solar Cells for High-Efficiency at Elevated Temperatures’ and funded by ARPA-E, the Advanced Research Projects Agency-Energy, a United States government agency. DUPLICAN LA EFICIENCIA DE LAS CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS DE ALGAINP Investigadores de las universidades de Yale, Illinois y Rey Juan Carlos han diseñado nuevos dispositivos, que serán esenciales para conseguir células solares de más del 50% de eficiencia, clave para el futuro desarrollo y despliegue de la energía solar fotovoltaica de concentración y para aplicaciones espaciales. DOUBLING THE EFFICIENCY OF ALGAINP SOLAR PV CELLS Researchers fromthe universities of Yale, Illinois and Rey Juan Carlos have designed newdevices that are essential to achieve solar cellswith over 50% efficiency, key to the future development and deployment of CSP power and for space applications. DiegoMartín, Investigador del Área de Tecnología Electrónica de la URJC, junto al reactor de epitaxia por haces moleculares (MBE) utilizado en este trabajo (VeecoMod Gen II) | Diego Martín, Researcher from the Electronics Technology Department at URJC, along with the MBE reactor used for this work (Veeco Mod Gen II) Fotovoltaica | PV
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