Estado del arte de la tecnología de celdas solares basadas en semiconductores III-V

Abstract

En años recientes se observa un notable desarrollo de materiales y diseños de celdas solares destacándose particularmente las multijunturas basadas en semiconductores III-V, que configuran los dispositivos fotovoltaicos de la más alta eficiencia de conversión energética lograda hasta el momento. En esta tecnología, hemos observado la transición entre el estándar de tres junturas basado en materiales ajustados en el parámetro de red hacia arquitecturas basadas en materiales cuya energía de gap permite un mejor ajuste al espectro solar. Las estrategias abordadas son básicamente dos: i) utilizar materiales de composición graduada que posibilitan la ingeniería del gap accediendo a valores del mismo más apropiados para la absorción del espectro solar; ii) la unión de estructuras de semiconductores ajustados en el parámetro de red pero crecidas sobre sustratos<br />cristalinos diferentes. Estas estrategias lograron sucesivamente los últimos récords en la eficiencia de conversión, llegando recientemente al diseño de un dispositivo de 6 junturas con una eficiencia de 47,1% a 143 soles de concentración. La tecnología de multijunturas III-V, ya consolidada en el mercado espacial y con productos comerciales para aplicaciones terrestres, emerge como candidata a ocupar un lugar de relevancia en un mercado dominado por la tradicional tecnología basada en el Si cristalino.

In recent years, a noticeable development of materials and designs of lab level solar cells is observed. Among the emergent technologies, III-V based multijunctions highlight particularly, and configure the highest efficiency conversion photovoltaic devices ever accomplished. Inside this technology, we witnessed the transition between the standard 3-junction devices based on lattice matched materials towards architectures based on materials whose band gap allows a better match to the solar spectrum. The strategies addressed are basically two: i) the utilization of compositional graded materials, that allow the gap engineering to approach values closer to the ideal to the solar spectrum absorption; ii) bonded lattice matched semiconductor structures grew on different crystalline substrates. These strategies achieved the last successive records on the conversion efficiency, reaching recently up to the design of a 6-junction device with an efficiency of 47.1% at 143 suns of concentration. The III-V multijunction technology, already consolidated in the space market and with commercial products for terrestrial applications, emerges as a candidate to take a relevant role in a global market dominated by the traditional technology based on crystalline Si.