Eficiencia de las células solares

La eficiencia de una célula solar es la parte de energía en forma de luz solar que la célula solar puede convertir en electricidad mediante energía fotovoltaica .

La eficiencia de las células solares utilizadas en un sistema fotovoltaico , en combinación con la latitud y el clima, determina la producción anual de energía del sistema. Por ejemplo, un panel solar con una eficiencia del 20% y un área de 1 m2 ^producirá 200 kWh/año en condiciones de prueba estándar si se expone al valor de irradiancia solar de 1000 W/m2 ^en condiciones de prueba estándar durante 2,74 horas al día. Por lo general, los paneles solares están expuestos a la luz solar durante más tiempo en un día determinado, pero la irradiancia solar es inferior a 1000 W/m2 ^durante la mayor parte del día. Un panel solar puede producir más cuando el Sol está alto en el cielo de la Tierra y producirá menos en condiciones nubladas o cuando el Sol está bajo en el cielo; por lo general, el Sol está más bajo en el cielo en invierno.

Dos factores que dependen de la ubicación y que afectan al rendimiento de la energía solar fotovoltaica son la dispersión y la intensidad de la radiación solar. Estas dos variables pueden variar mucho de un país a otro. ^[1] Las regiones del mundo que tienen altos niveles de radiación durante todo el año son Oriente Medio, el norte de Chile, Australia, China y el suroeste de los Estados Unidos. ^{[1] [2]} En una zona solar de alto rendimiento como el centro de Colorado, que recibe una insolación anual de 2000 kWh/m2 ^/ año , ^[3] se puede esperar que un panel produzca 400  kWh de energía al año. Sin embargo, en Michigan, que recibe solo 1400 kWh/m2 ^/ año, ^[3] el rendimiento energético anual caerá a 280 kWh para el mismo panel. En latitudes europeas más septentrionales, los rendimientos son significativamente inferiores: 175 kWh de rendimiento energético anual en el sur de Inglaterra en las mismas condiciones. ^[4]

Varios factores afectan la eficiencia de conversión de una celda, incluyendo su reflectancia , eficiencia termodinámica , eficiencia de separación de portadores de carga , eficiencia de recolección de portadores de carga y valores de eficiencia de conducción . ^{[6] [5]} Debido a que estos parámetros pueden ser difíciles de medir directamente, se miden otros parámetros en su lugar, incluyendo la eficiencia cuántica , la relación de voltaje de circuito abierto (V _OC ) y el § factor de llenado. Las pérdidas de reflectancia se explican por el valor de eficiencia cuántica, ya que afectan la "eficiencia cuántica externa". Las pérdidas de recombinación se explican por la eficiencia cuántica, la relación V _OC y los valores del factor de llenado. Las pérdidas resistivas se explican predominantemente por el valor del factor de llenado, pero también contribuyen a los valores de eficiencia cuántica y relación V _OC .

A partir de 2024, el récord mundial de eficiencia de células solares es del 47,6%, establecido en mayo de 2022 por Fraunhofer ISE, con una célula fotovoltaica de concentración (CPV) de cuatro uniones III-V. ^[7] Esto supera el récord anterior del 47,1%, establecido en 2019 por células solares de concentración de múltiples uniones desarrolladas en el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) , Golden, Colorado, EE. UU., ^[8] que se estableció en condiciones de laboratorio, bajo luz extremadamente concentrada. El récord en condiciones del mundo real lo tiene el NREL, que desarrolló células de triple unión con una eficiencia probada del 39,5%. ^{[9] [10]}

Los factores que afectan la eficiencia de conversión de energía fueron expuestos en un artículo histórico de William Shockley y Hans Queisser en 1961. ^[11] Véase el límite de Shockley-Queisser para obtener más detalles.

Si uno tiene una fuente de calor a temperatura T _s y un disipador de calor más frío a temperatura T _c , el valor máximo teóricamente posible para la relación de trabajo (o potencia eléctrica) obtenida al calor suministrado es 1- T _c / T _s , dado por un motor térmico de Carnot . Si tomamos 6000 K para la temperatura del sol y 300 K para las condiciones ambientales en la tierra, esto llega al 95%. En 1981, Alexis de Vos y Herman Pauwels demostraron que esto es alcanzable con una pila de un número infinito de celdas con brechas de banda que van desde el infinito (las primeras celdas encontradas por los fotones entrantes) a cero, con un voltaje en cada celda muy cercano al voltaje de circuito abierto, igual al 95% de la brecha de banda de esa celda, y con 6000 K de radiación de cuerpo negro proveniente de todas las direcciones. Sin embargo, la eficiencia del 95% que se logra significa que la energía eléctrica es el 95% de la cantidad neta de luz absorbida: la pila emite radiación ya que tiene una temperatura distinta de cero, y esta radiación debe restarse de la radiación entrante al calcular la cantidad de calor que se transfiere y la eficiencia. También consideraron el problema más relevante de maximizar la potencia de salida para una pila iluminada desde todas las direcciones por una radiación de cuerpo negro de 6000 K. En este caso, los voltajes deben reducirse a menos del 95% de la banda prohibida (el porcentaje no es constante en todas las celdas). La eficiencia teórica máxima calculada es del 86,8% para una pila de un número infinito de celdas, utilizando la radiación solar concentrada entrante. ^[12] Cuando la radiación entrante proviene solo de un área del cielo del tamaño del sol, el límite de eficiencia cae al 68,7%. ^[13]

Sin embargo, los sistemas fotovoltaicos normales tienen solo una unión p–n y, por lo tanto, están sujetos a un límite de eficiencia inferior, llamado "eficiencia máxima" por Shockley y Queisser. Los fotones con una energía por debajo de la brecha de banda del material absorbente no pueden generar un par electrón-hueco , por lo que su energía no se convierte en salida útil y solo genera calor si se absorbe. Para los fotones con una energía por encima de la energía de la brecha de banda, solo una fracción de la energía por encima de la brecha de banda se puede convertir en salida útil. Cuando se absorbe un fotón de mayor energía, el exceso de energía por encima de la brecha de banda se convierte en energía cinética de la combinación de portadores. El exceso de energía cinética se convierte en calor a través de interacciones de fonones a medida que la energía cinética de los portadores disminuye hasta la velocidad de equilibrio. Las células tradicionales de unión simple con una brecha de banda óptima para el espectro solar tienen una eficiencia teórica máxima del 33,16 %, el límite de Shockley-Queisser . ^[14]

Las células solares con materiales absorbentes de banda prohibida múltiple mejoran la eficiencia al dividir el espectro solar en compartimentos más pequeños donde el límite de eficiencia termodinámica es mayor para cada compartimento. ^[15]

Cuando una célula solar absorbe un fotón, puede producir un par electrón-hueco. Uno de los portadores puede llegar a la unión p-n y contribuir a la corriente producida por la célula solar; se dice que dicho portador se recoge . O bien, los portadores se recombinan sin ninguna contribución neta a la corriente de la célula.

La eficiencia cuántica se refiere al porcentaje de fotones que se convierten en corriente eléctrica (es decir, portadores recolectados) cuando la celda funciona en condiciones de cortocircuito. Los dos tipos de eficiencia cuántica a los que se hace referencia generalmente cuando se habla de celdas solares son la externa y la interna. La eficiencia cuántica externa (EQE) se relaciona con las propiedades mensurables de la celda solar. La eficiencia cuántica "externa" de una celda solar de silicio incluye el efecto de pérdidas ópticas como la transmisión y la reflexión. Se pueden tomar medidas para reducir estas pérdidas. Las pérdidas por reflexión, que pueden representar hasta el 10% de la energía incidente total, se pueden reducir drásticamente utilizando una técnica llamada texturización, un método de captura de luz que modifica la trayectoria de luz promedio. ^[16]

La eficiencia cuántica interna (IQE) proporciona información sobre los parámetros internos del material, como el coeficiente de absorción o la eficiencia cuántica de luminiscencia interna. ^[17] La ​​IQE se utiliza principalmente para ayudar a comprender el potencial de un determinado material en lugar de un dispositivo. ^[17]

La eficiencia cuántica se expresa de forma más útil como una medición espectral (es decir, como una función de la longitud de onda o la energía del fotón). Dado que algunas longitudes de onda se absorben con mayor eficacia que otras, las mediciones espectrales de la eficiencia cuántica pueden proporcionar información valiosa sobre la calidad de la masa y las superficies de los semiconductores.

La eficiencia cuántica no es lo mismo que la eficiencia general de conversión de energía, ya que no transmite información sobre la fracción de energía que convierte la célula solar.

Una célula solar puede funcionar en un amplio rango de voltajes (V) y corrientes (I). Al aumentar la carga resistiva de una célula irradiada de forma continua desde cero (un cortocircuito ) hasta un valor muy alto (un circuito abierto ), se puede determinar el punto de máxima potencia , el punto que maximiza V×I; es decir, la carga para la cual la célula puede entregar la máxima potencia eléctrica a ese nivel de irradiación. (La potencia de salida es cero tanto en el extremo de cortocircuito como en el de circuito abierto).

El punto de máxima potencia de una célula solar se ve afectado por su temperatura. Conociendo los datos técnicos de una determinada célula solar, su potencia de salida a una determinada temperatura se puede obtener mediante , donde es la potencia generada en la condición de prueba estándar; es la temperatura real de la célula solar.${\displaystyle P(T)=P_{STC}+{\frac {dP}{dT}}(T_{celda}-T_{STC})}$$Estilo de visualización P_{STC}}$${\displaystyle T_{célula}}$

Una célula solar de silicio monocristalino de alta calidad, a una temperatura de célula de 25 °C, puede producir 0,60  V de circuito abierto ( V _OC ). La temperatura de la célula a plena luz del sol, incluso con una temperatura del aire de 25 °C, probablemente estará cerca de los 45 °C, lo que reduce el voltaje de circuito abierto a 0,55 V por célula. El voltaje cae modestamente, con este tipo de célula, hasta que se aproxima a la corriente de cortocircuito ( I _SC ). La potencia máxima (con una temperatura de célula de 45 °C) se produce típicamente con el 75% al ​​80% del voltaje de circuito abierto (0,43 V en este caso) y el 90% de la corriente de cortocircuito. Esta salida puede ser de hasta el 70% del producto V _OC x I _SC . La corriente de cortocircuito ( I _SC ) de una célula es casi proporcional a la iluminación, mientras que el voltaje de circuito abierto ( V _OC ) puede caer solo un 10% con una caída del 80% en la iluminación. Las células de menor calidad tienen una caída de voltaje más rápida con el aumento de la corriente y podrían producir solo 1/2  V _OC a 1/2  I _SC . Por lo tanto, la potencia de salida utilizable podría caer del 70% del producto V _OC x I _SC al 50% o incluso a tan solo el 25%. Los proveedores que califican la "potencia" de sus células solares solo como V _OC x I _SC , sin proporcionar curvas de carga, pueden estar distorsionando gravemente su rendimiento real.

El punto de máxima potencia de un sistema fotovoltaico varía con la iluminación incidente. Por ejemplo, la acumulación de polvo en los paneles fotovoltaicos reduce el punto de máxima potencia. ^[18] Recientemente, se han desarrollado nuevas investigaciones para eliminar el polvo de los paneles solares utilizando sistemas de limpieza electrostática. En dichos sistemas, un campo electrostático aplicado a la superficie de los paneles solares hace que las partículas de polvo se muevan de manera "flip-flop". ^[19] Luego, debido a la gravedad y al hecho de que los paneles solares están ligeramente inclinados, las partículas de polvo son atraídas hacia abajo por la gravedad. ^[19] Estos sistemas solo requieren un pequeño consumo de energía y mejoran el rendimiento de las células solares, especialmente cuando se instalan en el desierto, donde la acumulación de polvo contribuye a disminuir el rendimiento del panel solar. Además, para sistemas lo suficientemente grandes como para justificar el gasto adicional, un rastreador del punto de máxima potencia rastrea la potencia instantánea midiendo continuamente el voltaje y la corriente (y, por lo tanto, la transferencia de potencia), y utiliza esta información para ajustar dinámicamente la carga de modo que siempre se transfiera la máxima potencia , independientemente de la variación en la iluminación.

Otro término que define el comportamiento general de una célula solar es el factor de llenado ( FF ). Este factor es una medida de la calidad de una célula solar. Se trata de la potencia disponible en el punto _de máxima potencia ( Pm ) dividida por la tensión de circuito abierto ( VOC ₎ y la corriente _de cortocircuito ( ISC ):

${\displaystyle FF={\frac {P_{m}}{V_{OC}\times I_{SC}}}={\frac {\eta \times A_{c}\times G}{V_{OC}\times I_{SC}}}.}$

El factor de relleno se puede representar gráficamente mediante el barrido IV, donde es la relación de las diferentes áreas rectangulares. ^[20]

El factor de llenado se ve afectado directamente por los valores de las resistencias en serie y en derivación de la celda y las pérdidas de los diodos. Aumentar la resistencia en derivación (R _sh ) y disminuir la resistencia en serie (R _s ) conduce a un factor de llenado más alto, lo que resulta en una mayor eficiencia y acerca la potencia de salida de la celda a su máximo teórico. ^[21]

Los factores de llenado típicos varían entre el 50 % y el 82 %. El factor de llenado de una célula fotovoltaica de silicio normal es del 80 %.

La eficiencia de conversión de energía se mide dividiendo la salida eléctrica por la potencia de la luz incidente. Los factores que influyen en la salida incluyen la distribución espectral, la distribución espacial de la potencia, la temperatura y la carga resistiva. La norma IEC 61215 se utiliza para comparar el rendimiento de las células y está diseñada en torno a la temperatura y las condiciones estándar (terrestres, templadas): irradiancia de 1 kW/m2 ^, una distribución espectral cercana a la radiación solar a través de AM ( masa de aire ) de 1,5 y una temperatura de la célula de 25 °C. La carga resistiva se varía hasta que se alcanza el punto de potencia máxima (MPP). La potencia en este punto se registra como vatio-pico (Wp). La misma norma se utiliza para medir la potencia y la eficiencia de los módulos fotovoltaicos.

La masa de aire afecta la salida. En el espacio, donde no hay atmósfera, el espectro del Sol está relativamente sin filtrar. Sin embargo, en la Tierra, el aire filtra la luz entrante, modificando el espectro solar. El efecto de filtrado varía desde la masa de aire 0 (AM0) en el espacio hasta aproximadamente la masa de aire 1,5 en la Tierra. Al multiplicar las diferencias espectrales por la eficiencia cuántica de la célula solar en cuestión se obtiene la eficiencia. Las eficiencias terrestres suelen ser mayores que las eficiencias espaciales. Por ejemplo, una célula solar de silicio en el espacio puede tener una eficiencia del 14 % con AM0, pero del 16 % en la Tierra con AM 1,5. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la cantidad de fotones incidentes en el espacio es considerablemente mayor, por lo que la célula solar puede producir considerablemente más energía en el espacio, a pesar de la menor eficiencia, como lo indica el porcentaje reducido de la energía incidente total capturada.

Las eficiencias de las células solares varían del 6% para las células solares basadas en silicio amorfo al 44,0% con células de producción de unión múltiple y al 44,4% con múltiples matrices ensambladas en un paquete híbrido. ^{[22] [23]} Las eficiencias de conversión de energía de las células solares para las células solares de Si policristalino disponibles comercialmente son de alrededor del 14-19%. ^[24] Las células de mayor eficiencia no siempre han sido las más económicas: por ejemplo, una célula multiunión con una eficiencia del 30% basada en materiales exóticos como el arseniuro de galio o el seleniuro de indio producida en bajo volumen podría costar cien veces más que una célula de silicio amorfo con una eficiencia del 8% en producción en masa, mientras que ofrece solo aproximadamente cuatro veces la producción.

Sin embargo, existe una forma de "potenciar" la energía solar. Al aumentar la intensidad de la luz, se incrementan los portadores fotogenerados, lo que aumenta la eficiencia hasta en un 15%. Estos llamados " sistemas concentradores " recién han comenzado a volverse competitivos en términos de costos como resultado del desarrollo de células GaAs de alta eficiencia. El aumento de la intensidad se logra típicamente mediante el uso de ópticas de concentración. Un sistema concentrador típico puede utilizar una intensidad de luz de 6 a 400 veces la del Sol y aumentar la eficiencia de una célula GaAs de un sol del 31% a AM 1.5 al 35%.

Un método común utilizado para expresar los costos económicos es calcular un precio por kilovatio-hora (kWh) suministrado. La eficiencia de la célula solar en combinación con la irradiación disponible tiene una influencia importante en los costos, pero en términos generales la eficiencia global del sistema es importante. Las células solares disponibles comercialmente (a partir de 2006) alcanzaron eficiencias del sistema de entre el 5 y el 19%.

Los dispositivos de silicio cristalino sin dopar se están acercando a la eficiencia límite teórica del 29,43 %. ^[25] En 2017, se logró una eficiencia del 26,63 % en una celda de heterojunción de silicio amorfo/silicio cristalino que coloca contactos positivos y negativos en la parte posterior de la celda. ^{[26] [27]}

El tiempo de recuperación de la energía se define como el tiempo de recuperación necesario para generar la energía gastada para fabricar un módulo fotovoltaico moderno. En 2008, se estimó que era de 1 a 4 años ^{[28] [29]} dependiendo del tipo de módulo y la ubicación. Con una vida útil típica de 20 a 30 años, esto significa que las células solares modernas serían productoras netas de energía, es decir, generarían más energía durante su vida útil que la energía gastada en producirlas. ^{[28] [30] [31]} En general, las tecnologías de película delgada , a pesar de tener eficiencias de conversión comparativamente bajas, logran tiempos de recuperación de energía significativamente más cortos que los sistemas convencionales (a menudo < 1 año). ^[32]

Un estudio publicado en 2013, en el que se encontró que la literatura existente determinó que el tiempo de recuperación de la energía se encontraba entre 0,75 y 3,5 años, con las células de película delgada en el extremo inferior y las células de silicio policristalino (multi-Si) con un tiempo de recuperación de la energía de 1,5 a 2,6 años. ^[33] Una revisión de 2015 evaluó el tiempo de recuperación de la energía y el EROI de la energía solar fotovoltaica. En este metaestudio, que utiliza una insolación de 1700 kWh/m2 ^/ año y una vida útil del sistema de 30 años, se encontraron EROI armonizados medios entre 8,7 y 34,2. El tiempo de recuperación de la energía armonizado medio varió de 1,0 a 4,1 años. ^{[34] Los dispositivos} de silicio cristalino alcanzan en promedio un período de recuperación de la energía de 2 años. ^{[28] [35]}

Como cualquier otra tecnología, la fabricación de células solares depende de la existencia de un sistema industrial de fabricación global complejo, que incluye los sistemas de fabricación que suelen tenerse en cuenta en las estimaciones de la energía de fabricación; los sistemas contingentes de minería, refinación y transporte global; y otros sistemas de apoyo que consumen mucha energía, como los sistemas financieros, de información y de seguridad. La dificultad de medir esa sobrecarga energética confiere cierta incertidumbre a cualquier estimación de los tiempos de recuperación de la inversión. ^[36]

El lado iluminado de algunos tipos de células solares, las películas delgadas, tienen una película conductora transparente para permitir que la luz ingrese al material activo y recoja los portadores de carga generados. Por lo general, se utilizan películas con alta transmitancia y alta conductancia eléctrica, como óxido de indio y estaño, polímeros conductores o redes de nanocables conductores. Existe un equilibrio entre alta transmitancia y conductancia eléctrica, por lo que se debe elegir la densidad óptima de nanocables conductores o la estructura de red conductora para lograr una alta eficiencia. ^[5]

La inclusión de efectos de dispersión de luz en las células solares es una estrategia fotónica para aumentar la absorción de los fotones de luz solar de menor energía (principalmente en el rango del infrarrojo cercano) para los cuales el material fotovoltaico presenta un coeficiente de absorción reducido. Este esquema de atrapamiento de luz se logra mediante la desviación de los rayos de luz de la dirección incidente, aumentando así su longitud de trayectoria en el absorbedor de las células. ^[38] Los enfoques convencionales utilizados para implementar la difusión de luz se basan en superficies traseras/frontales texturizadas, pero se han demostrado muchos diseños ópticos alternativos con resultados prometedores basados ​​en rejillas de difracción, matrices de nano/micro partículas metálicas o dieléctricas, microestructuración de ondas ópticas, entre otros. ^[39] Cuando se aplican en el frente de los dispositivos, estas estructuras pueden actuar como recubrimientos antirreflectantes geométricos, reduciendo simultáneamente la reflexión de la luz saliente.

Por ejemplo, revestir la superficie receptora de luz de la célula con nanopernos metálicos puede aumentar sustancialmente la eficiencia de la célula. La luz se refleja en estos pernos en un ángulo oblicuo a la célula, lo que aumenta la longitud del camino de la luz a través de la célula. Esto aumenta la cantidad de fotones absorbidos por la célula y la cantidad de corriente generada. ^[40] Los principales materiales utilizados para los nanopernos son plata , oro y aluminio . El oro y la plata no son muy eficientes, ya que absorben gran parte de la luz en el espectro visible, que contiene la mayor parte de la energía presente en la luz solar, lo que reduce la cantidad de luz que llega a la célula. ^[40] El aluminio absorbe solo la radiación ultravioleta y refleja tanto la luz visible como la infrarroja, por lo que se minimiza la pérdida de energía. El aluminio puede aumentar la eficiencia de la célula hasta un 22% (en condiciones de laboratorio). ^[41]

Los recubrimientos antirreflectantes están diseñados para reducir la luz solar reflejada por las células solares, mejorando así la luz transmitida al absorbedor fotovoltaico. ^[42] Esto se puede lograr provocando la interferencia destructiva de las ondas de luz reflejadas, como con recubrimientos basados ​​en la composición de (múltiples) capas frontales, y/o mediante la coincidencia geométrica del índice de refracción causada por la topografía de la superficie, con muchas arquitecturas inspiradas en la naturaleza. ^[43] Por ejemplo, la matriz de pezones, una matriz hexagonal de nanoestructuras cónicas de sublongitud de onda, se puede ver en la superficie de los ojos de la polilla. ^[43] Se informó que la utilización de este tipo de arquitectura de superficie minimiza las pérdidas de reflexión en un 25%, convirtiendo el fotón capturado adicional en un aumento del 12% en la energía de una célula solar. ^[43]

El uso de microestructuras frontales, como las que se logran con texturización u otras características fotónicas, también se puede utilizar como un método para lograr antirreflectividad, en el que se altera la superficie de una célula solar de modo que la luz incidente experimente un índice de refracción efectivo que aumenta gradualmente cuando viaja desde el aire hacia el material fotovoltaico. Estas superficies se pueden crear mediante grabado o litografía. Al mismo tiempo, promueven efectos de dispersión de la luz que mejoran aún más la absorción, en particular de los fotones de luz solar de longitud de onda más larga. ^[37] Agregar una superficie posterior plana además de texturizar la superficie frontal ayuda aún más a atrapar la luz dentro de la célula, proporcionando así un camino óptico más largo.

Un aumento de la temperatura de la célula solar de aproximadamente 1 °C provoca una disminución de la eficiencia de alrededor del 0,45 %. Para evitarlo, se puede aplicar una capa de cristal de sílice transparente a los paneles solares. La capa de sílice actúa como un cuerpo negro térmico que emite calor en forma de radiación infrarroja al espacio, enfriando la célula hasta 13 °C. ^[44] De este modo, el enfriamiento radiativo puede prolongar la vida útil de las células solares. ^[45] La integración completa del sistema de energía solar y enfriamiento radiativo se conoce como un sistema combinado SE-RC, que ha demostrado una mayor ganancia de energía por unidad de área en comparación con los sistemas no integrados. ^[46]

La pasivación de la superficie es fundamental para la eficiencia de las células solares. ^[47] Se han realizado muchas mejoras en la parte frontal de las células solares producidas en masa, pero la superficie posterior de aluminio impide las mejoras de eficiencia. ^[48] La eficiencia de muchas células solares se ha beneficiado con la creación de las llamadas células pasivadas de emisor y traseras (PERC). La deposición química de una pila de capas de pasivación dieléctrica en la superficie trasera que también está hecha de una fina película de sílice u óxido de aluminio cubierta con una película de nitruro de silicio ayuda a mejorar la eficiencia de las células solares de silicio . Esto ayudó a aumentar la eficiencia de la célula para el material de obleas de Cz-Si comercial de poco más del 17% a más del 21% a mediados de la década de 2010, ^[49] y la eficiencia de la célula para el cuasi-mono-Si a un récord del 19,9%.

Los conceptos de pasivación de la superficie trasera para células solares de silicio también se han implementado para células solares CIGS. ^{[50] La pasivación} _de la superficie trasera muestra el potencial para mejorar la eficiencia. Se han utilizado _Al2O3 y SiO2 _como materiales de pasivación. Los contactos puntuales de tamaño nanométrico en _la capa de _Al2O3 [ ^51] y los contactos de línea en la capa de SiO2 ^[52] proporcionan la conexión eléctrica del absorbedor CIGS al electrodo trasero de molibdeno . Los contactos puntuales en la capa _{de Al2O3} se crean mediante litografía de haz de electrones y los contactos de línea en la capa de SiO2 _se crean mediante fotolitografía . Además, la implementación de las capas de pasivación no cambia la morfología de las capas CIGS.

Aunque no constituyen una estrategia directa para mejorar la eficiencia, los materiales de película delgada muestran un gran potencial para las células solares en términos de bajos costos y adaptabilidad a las estructuras y marcos tecnológicos existentes. ^[53] Dado que los materiales son tan delgados, carecen de la absorción óptica de las células solares de material a granel. Se han demostrado intentos de corregir esto, como esquemas de captura de luz que promueven la dispersión de la luz. ^[54] También es importante la recombinación de la superficie de la película delgada. Dado que este es el proceso de recombinación dominante de las células solares de película delgada a nanoescala, es crucial para su eficiencia. Agregar una capa delgada pasivante de dióxido de silicio podría reducir la recombinación.

Las células solares en tándem combinan dos materiales para aumentar la eficiencia. En 2022 se anunció un dispositivo que combinaba múltiples perovskitas con múltiples capas de silicio. Las perovskitas demuestran una capacidad notable para capturar y convertir de manera eficiente la luz azul, complementando al silicio, que es particularmente hábil para absorber longitudes de onda rojas e infrarrojas. Esta sinergia única entre las perovskitas y el silicio en las tecnologías de células solares permite una absorción más completa del espectro solar, mejorando la eficiencia y el rendimiento generales de los dispositivos fotovoltaicos. La célula alcanzó una eficiencia del 32,5 %. ^[55]

• Impacto ambiental de la industria energética
• Eficiencia energética

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con célula solar.

• "¿Cómo podemos aumentar la eficiencia de los paneles solares?"
• "Factores que afectan la eficiencia de los paneles solares". 18 de julio de 2021.