Avance de diversas células solares emergentes con un tampón de dicalcogenuro de metal de transición 2D
Representación esquemática de la estructura de diversas células solares emergentes con TIS2 como tampón alternativo. Crédito: Teoría y simulaciones avanzadas (2025) doi: 10.1002/adts.202400769
Las células solares de película delgada que comprenden CdTe, Cu (IN, GA) SE2 se han convertido en una tecnología fotovoltaica menos costosa que las células solares de obleas SI cristalinas. Aún así, sus eficiencias son inferiores a las de sus predecesores en términos de comercialización. Además, consisten en elementos escasos y tóxicos.
Por lo tanto, diversos semiconductores, incluidos Cu2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg) del grupo I2-II-IV-VI4, están ganando atención debido a su naturaleza no tóxica, abundancia de la tierra y notables propiedades fotovoltaicas. Sin embargo, la alineación de la banda inadecuada con el tampón tóxico de sulfuro de cadmio (CDS) restringe sus eficiencias experimentales de conversión de poder (PCE) a menos del 5%. Explorar buffers alternativos es el mejor camino para mejorar su PCE.
El sulfuro de titanio (TIS2) es un semiconductor de dicalcogenuro de metalcogenuro de transición 2D con excelentes propiedades de tampón. Consiste en enlaces libres y una fuerza débil de Van der Waals que ayudan a proporcionar una alineación de banda adecuada con el absorbedor.
En nuestro trabajo publicado en la teoría y simulaciones Advanced, proponemos, por primera vez, TIS2 como un amortiguador alternativo para diversas células solares de SOCAPS-1D CU2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg) utilizando software de simulación SCAPS-1D. Su potencial e idoneidad se demostraron comparando sus propiedades con CD tradicionales.
Las diversas células solares emergentes con un tampón TIS2 mostraron un rendimiento superior a los CD. Superaron firmemente las células solares emergentes basadas en CDS en 1.36, 1.76, 1.23 y 1.15 veces, logrando excelentes PCE de 27.02%, 27.04%, 30.04%y 30.26%para CU2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg), respectivamente.
Para lograr estos resultados notables, ajustamos los parámetros del material amortiguador y el material absorbente, como la concentración de portador, el grosor y la densidad de defectos. Estos resultados prometedores establecen un punto de referencia en el campo de los fotovoltaicos.
Otro aspecto importante es que revelamos las características intrínsecas del tampón TIS2 para compararlo con CDS. Los resultados fueron notables: el tampón TIS2 redujo la barrera de electrones en las interfaces TIS2/Cu2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg).
Además, se observó una menor capacidad de acumulación, pérdidas de voltaje de circuito abierto significativamente más bajas, mayores potenciales incorporados y una mejor resistencia de recombinación en las células solares TIS2 en comparación con los CD. Estos resultados sobresalientes revelaron el inmenso potencial de TIS2 para mejorar el rendimiento de diversas células solares emergentes.
En conclusión, nuestro trabajo destaca ampliamente las notables propiedades y la importancia de TIS2 como un excelente tampón alternativo para diversas células solares emergentes. También ofrece pautas integrales para la fabricación de células solares de Cu2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg) con PCE alto. Creemos firmemente que estos resultados beneficiarían a la floreciente industria fotovoltaica.
Esta historia es parte del diálogo de Science X, donde los investigadores pueden informar los resultados de sus artículos de investigación publicados. Visite esta página para obtener información sobre el diálogo de Science X y cómo participar.
Más información: Kaviya Tracy Alokioss et al, un tampón TIS2 alternativo sin CDS: hacia células solares de Cu2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg) sin CDS, hacia las células solares de alto rendimiento de Cu2MSNS4 (M = Co, Mn, Fe, Mg), teoría avanzada y simulaciones (2024). Doi: 10.1002/adts.202400769
La Dra. Latha Marasamy es profesora de investigación en la Facultad de Química en UAQ, donde dirige un equipo dinámico de estudiantes e investigadores internacionales. Su misión es avanzar en la energía renovable, particularmente en el desarrollo de células solares de segunda y tercera generación, que incluyen CDTE, CIGS, perovskitas de calcogenuro emergentes, perovskitas sin plomo y células solares híbridas. Ella está trabajando con una variedad de materiales como CDTE, CIGSE, CZTS, CDS, MOFS, nitruro de carbono grafítico, perovskitas de calcogenuro, óxidos metálicos, mxenos, ferritas, nitruros metálicos plasmónicos y boruros para estas aplicaciones. Además, el Dr. Marasamy está investigando las propiedades de los materiales novedosos y su influencia en el rendimiento de las células solares a través de simulaciones DFT y SCAPS-1D.
Cita: Avance de diversas células solares emergentes con un tampón de dicalcogenuro de metal de transición 2D (2025, 9 de abril) Recuperado el 9 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-vancing-diverse-emerging-solar-cells.html
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