Capas finas de óxido de niobio (Nb2O5) para aplicaciones de energía solar

-- El reto

Un fabricante de paneles solares quería aumentar la eficiencia y la vida útil de sus módulos fotovoltaicos (FV) de nueva generación. Los retos clave eran

• Pérdidas por reflexión: Hasta el 30% de la luz solar incidente se reflejaba en la superficie, lo que reducía la eficiencia de conversión de energía.
• Problemas de transporte de carga: Las capas convencionales no permitían el flujo libre de electrones, lo que limitaba el rendimiento del dispositivo.
• Estabilidad a largo plazo: La exposición a los rayos UV, la humedad y las altas temperaturas en el exterior deterioraban los revestimientos con el paso del tiempo.

Los revestimientos antirreflectantes tradicionales a base de silicio sólo ofrecían una mejora marginal y tenían dificultades con las condiciones ambientales adversas.

-- La solución

La empresa recurrió a las películas finas de óxido de niobio (Nb2O5), empleadas como capa de revestimiento antirreflectante multifuncional en células solares.

Se obtuvieron ventajas sustanciales

• Propiedades antirreflectantes: Reducción de la reflexión de la luz, lo que permite que entren más fotones en la célula solar.
• Alto índice de refracción y transparencia: Amplia gama de absorción de luz sintonizable en un espectro solar.
• Funcionalidad de transporte de electrones: Funciona como capa de transporte de electrones (ETL) en células solares de película fina y perovskita, mejorando la eficiencia de la separación de cargas.
• Durabilidad: Resistencia a la radiación UV y a la degradación química para una estabilidad a largo plazo.

Los depósitos se realizaron mediante pulverización catódica y deposición de capas atómicas (ALD), lo que permitió un control preciso del espesor para un rendimiento óptico óptimo.

-- Los resultados

Con los recubrimientos de Nb2O5, los paneles solares alcanzaron

• Una mejora de la eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 5-8% con respecto a los módulos sin recubrimiento.
• Mayor estabilidad a largo plazo, ya que las capas recubiertas mantuvieron su rendimiento tras más de 2.000 horas de pruebas de envejecimiento acelerado.
• Reducción de los costes de producción por vatio, ya que la mejora de la eficiencia redujo la superficie necesaria por módulo.
• Mayor potencial de aplicación, especialmente en células solares en tándem de perovskita-silicio, donde el Nb2O5 mejoró la estabilidad interfacial.

-- Conclusión

Las películas delgadas de composición de óxido de niobio representan un avance estratégico de los materiales en la tecnología solar. Tanto como capas de transporte de electrones como de composición antirreflectante, mejoran tanto la eficiencia de conversión como la durabilidad de los módulos solares.

A medida que la industria solar del futuro siga esforzándose por aumentar la eficiencia y alargar la vida útil, las películas basadas en niobio como la Nb2O5 seguirán a la cabeza, fomentando la reducción de costes y haciendo progresar al mundo hacia las energías renovables a un ritmo aún más rápido.

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