La investigación y el desarrollo de la nueva tecnología fotovoltaica de película delgada ha logrado un importante avance. El equipo del investigador Meng Qingbo del Instituto de Física de la Academia China de las Ciencias ha fabricado con éxito módulos fotovoltaicos de película delgada de sulfuro de seleniuro de cobre, zinc y estaño de gran área, alcanzando una eficiencia de conversión fotoeléctrica del 13,0%, lo que bate el récord mundial de eficiencia para este tipo de módulos y sienta una base sólida para la industrialización de la próxima generación de células solares de bajo costo y respetuosas con el medio ambiente. Los resultados de la investigación se publicaron en línea en la revista académica internacional Nature Materials.
El sulfuro de seleniuro de cobre, zinc y estaño es un nuevo material fotovoltaico de película delgada, compuesto por elementos como cobre, zinc y estaño, que son abundantes en la Tierra, de bajo costo y respetuosos con el medio ambiente, y se considera una dirección importante para la próxima generación de células solares sostenibles. En los últimos años, el equipo de Meng Qingbo ha batido el récord mundial de eficiencia de este tipo de células en diez ocasiones. Sin embargo, para llevar a esta "estrella de laboratorio" a la aplicación práctica, se presenta un desafío clave: cuando se amplía el tamaño del dispositivo, la uniformidad de la película delgada disminuye drásticamente y la eficiencia también se "reduce".
"El problema radica en el proceso de solución", explicó Meng Qingbo. En los métodos tradicionales, los iones metálicos y las moléculas orgánicas forman una red de entrecruzamiento compleja, lo que provoca que la evaporación del disolvente, la distribución de los elementos y el proceso de cristalización no sean uniformes, similar a cuando hay demasiados grumos en la masa y la "lámina" de película extendida tiene un grosor desigual. Para ello, partieron de la escala molecular e introdujeron formamida como "coordinador" para regular con precisión la estructura de coordinación entre los iones metálicos y las moléculas orgánicas, logrando romper con éxito este "caos" de entrecruzamiento.
Basándose en esta estrategia de regulación de la coordinación molecular, el equipo desarrolló un proceso de recubrimiento en solución adecuado para la producción continua en grandes áreas, obteniendo una película delgada de sulfuro de seleniuro de cobre, zinc y estaño altamente uniforme sobre un sustrato de 10 centímetros cuadrados. Con esta película se fabricó una célula de pequeña área de 1 centímetro cuadrado, cuya eficiencia certificada alcanzó el 14,2%; y mediante el rayado con láser se fabricó un módulo con 6 subcélulas en serie, con un área total de 10,5 centímetros cuadrados, cuya eficiencia certificada alcanzó el 13,0%.
"Esto demuestra plenamente que la tecnología de película delgada de sulfuro de seleniuro de cobre, zinc y estaño no solo funciona bien en pequeñas áreas de laboratorio, sino que también tiene potencial para la producción a escala y la industrialización", afirmó Meng Qingbo. Esta investigación ofrece una nueva vía para la fabricación a gran escala de módulos fotovoltaicos de película delgada ecológicos y de bajo costo.