Celdas solares en tándem basadas en celdas de c-Si de alta eficiencia: requisitos de la celda superior para >30% de eficiencia

Las celdas solares en tándem basadas en silicio cristalino presentan una ruta práctica hacia celdas de bajo costo con eficiencias superiores al 30%. Aquí, evaluamos una configuración de tándem de doble unión que consiste en una celda inferior de c-Si de alta eficiencia y una celda superior de película delgada basada en materiales de bajo costo. Mostramos que la eficiencia mínima de la celda superior requerida para alcanzar una eficiencia de tándem del 30% varía del 22% para un bandgap de 1.5 eV al 14% para un bandgap de 2 eV. Investigamos estos límites utilizando un modelo simple para un tándem de cuatro terminales para identificar los requisitos de material para la celda superior en términos de absorción óptica, bandgap electrónico, transporte de portadores y eficiencia de luminiscencia. En particular, mostramos que incluso materiales semiconductores de calidad relativamente baja y abundantes en la Tierra con eficiencias de luminiscencia de 10 -5 y longitudes de difusión por debajo de 100 nm son compatibles con eficiencias de celdas en tándem superiores al 30%. La introducción de atrapamiento de luz en la celda superior puede aumentar la eficiencia más allá del 32% y reducir la longitud de difusión requerida por debajo de 50 nm. Este análisis establece objetivos claros de investigación para materiales semiconductores de alto bandgap y novedosos conceptos de celdas solares de película delgada que pueden ser combinados con la tecnología existente de c-Si. Tales enfoques en tándem podrían permitir el rápido desarrollo de una nueva generación de celdas de bajo costo y alta eficiencia.