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La necesidad de fuentes de energía limpias y renovables ha multiplicado las investigaciones en el campo de la energía fotovoltaica. Dentro de este campo, uno de los enfoques más prometedores para aumentar la eficiencia de las células solares es el concepto de células solares de banda intermedia (IB). Este concepto propone la creación de una banda de estados permitidos entre las bandas de valencia y conducción de un semiconductor, lo que permitiría la absorción de fotones con energías por debajo de las requeridas a priori por las características del material.

El estudio aquí publicado se centra en la aplicación del concepto de banda intermedia en dispositivos fotovoltaicos basados en GaP:Ti. El fosfuro de galio, con un bandgap de 2.26 eV, se considera un semiconductor huésped ideal para la formación de esta banda intermedia. La introducción de impurezas mediante implantación iónica y fusión por láser pulsado, permite la captura de fotones de baja energía, además de los que capturará el fosfuro de galio.

Para fabricar los dispositivos fotovoltaicos los investigadores utilizaron un proceso de implantación iónica para introducir los átomos de Ti en el sustratos. Posteriormente, se empleó un proceso de fusión por láser pulsado para recristalizar las capas amorfizadas durante la implantación y crear así una capa de GaP:Ti sobresaturada con alta calidad estructural. Para probar el rendimiento de la célula solar se fabricaron prototipos de células solares de 1 cm2 utilizando sustratos de GaP tipo p, sobre los cuales se depositaron contactos óhmicos traseros de Au/Au:Zn y contactos frontales de Au/Au:Ge en forma de peine. También se eliminó el óxido de GaP superficial generado durante el tratamiento por láser pulsado. Finalmente, se midieron las características corriente-voltaje (IV) de los dispositivos en oscuridad y bajo iluminación solar simulada.

El equipo investigador se ha planteado para futuros trabajos la obtención de capas de GaP:Ti más gruesas que la actual, que tiene solo 50 nm de espesor. Con capas más gruesas se podría mejorar la absorción de luz y, por lo tanto, la eficiencia del dispositivo. Tras el éxito de este estudio se planea utilizar técnicas de deposición como la pulverización catódica (sputtering), en lugar de la implantación iónica, para evitar zonas donde las distintas capas reaccionan entre sí estropeando la estructura deseada.

Otras mejoras que el equipo quiere explorar en base a los resultados son mejorar la pasivación de la superficie de la célula solar o estudiar la generación de calor asociada al transporte de carga.
La investigación en células solares basadas en GaP:Ti persigue la obtención de dispositivos fotovoltaicos más eficientes que los actuales basados en silicio y contribuir así al avance de la energía solar como una fuente de energía limpia y sostenible.

Artículo: J. Olea, J. Gonzalo, J. Siegel, A.F. Braña, G. Godoy-Pérez, R. Benítez-Fernández, D. Caudevilla, S. Algaidy, F. Pérez-Zenteno, S. Duarte-Cano, A. del Prado, E. García-Hemme, R. García-Hernansanz, D. Pastor, E. San-Andrés, I. Mártil “Optoelectronic properties of GaP:Ti photovoltaic devices”. Materials Today Sustainability Volume 28, December 2024, 101008

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