Cientistas da Universidade de Tecnologia de Delft (TU Delft), na Holanda, fabricaram uma célula solar de heterojunção de silício de contato frontal-traseiro (FBC-SHJ) com um óxido condutor transparente (TCO) baseado em óxido de índio dopado com cério (ICO) visando aumentar o desempenho optoelétrico do dispositivo.
“Para aumentar ainda mais a eficiência da conversão de energia, pode-se seguir a rota das camadas de TCO de alta mobilidade”, relatou o principal autor da pesquisa, Engin Özkol, à pv magazine. “Decidimos explorar filmes de óxido de índio dopados com cério para esse fim. Sabe-se que a Longi já usa camadas de óxidos de índio hidrogenados (ICO) cultivadas por deposição de plasma reativo (RPD) em suas células solares com recordes mundiais. Neste estudo, empregamos pulverização catódica de radiofrequência (RF) à temperatura ambiente, que está disponível para a maioria da infraestrutura dos laboratórios, mas de alguma forma escassa na literatura.”
Os pesquisadores explicaram que as camadas de ICO são particularmente atraentes para a fabricação de células solares devido às suas propriedades optoelétricas e deposição à temperatura ambiente sobre as contrapartes de óxido de índio e estanho (ITO). Eles usaram filmes ICO de 35 nm de espessura pulverizados em substratos de vidro Corning Eagle XG à temperatura ambiente.
“Como primeiro passo, ajustamos os parâmetros do processo para otimizar as camadas da ICO em termos de mobilidade, concentração de portadores, resistividade e transmitância”, afirmou Özkol. “Alcançamos uma mobilidade Hall de 44,22 cm²/Vs, que é 56% maior do que nossa linha de base de ITO, e resistividade tão baixa quanto 8,56×10⁻⁴ Ω·centímetro. O segundo passo foi, é claro, aplicar essa camada nas células solares.”
A equipe de pesquisa construiu células de 2 × 2 cm² em wafers redondos de 4 polegadas totalmente passivados.
Testado em condições de iluminação padrão, o dispositivo alcançou uma eficiência de conversão de energia de 23,58%, uma tensão de circuito aberto de 722 mV, uma corrente de curto-circuito de 40,39 mA/cm² e um fator de preenchimento de 80,86%. Uma célula solar de referência construída com um TCO ITO atingiu uma eficiência de 23,03%, uma tensão de circuito aberto de 720 mV, uma corrente de curto-circuito de 39,72 mA/cm² e um fator de preenchimento de 80,55%.
“O aprimoramento optoelétrico de nossos filmes ICO em relação à camada de referência ITO foi refletido no nível do dispositivo, particularmente para a corrente de curto-circuito, com uma melhoria de 0,67 mA/cm² para as camadas ICO”, disse Özkol. “Para concluir, demonstramos não apenas o potencial da ICO como uma poderosa alternativa de ITO, mas também abrimos novas portas para a fabricação de TCO econômica, escalável e de baixa temperatura para tecnologias fotovoltaicas avançadas.”
O novo conceito de célula foi apresentado no estudo “Optimization and integration of room temperature RF sputtered ICO as TCO layers in high-performance SHJ solar cells“, publicado em Solar Energy Materials and Solar Cells.
Em abril, outros pesquisadores da TU Delft apresentaram uma célula solar de heterojunção de silício de junção traseira com um contato de passivação seletiva de portador frontal localizado que cobre apenas a área contatada pela grade de metal.
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