La kesterita sintética es la versión creada en laboratorio del mineral descubierto en 1958 en una mina rusa. Y uno de los semiconductores en liza para la próxima generación fotovoltaica. Este compuesto, basado en elementos comunes como el cobre, el zinc y el estaño, consigue absorber la radiación solar mejor que el silicio, con la posibilidad de crear células, paneles y películas fotovoltaicos extremadamente finos.
Pero como es fácil adivinar por la fecha en que se descubrió el mineral, la investigación sobre células fotovoltaicas de kesterita es extremadamente joven. Hasta ayer, la mayor eficiencia de conversión alcanzada con una unidad fotovoltaica de CZTSSe era de sólo el 12,6%.
Un equipo de investigación conjunto de la Academia China de Ciencias y la Universidad de Telecomunicaciones de Nanjing ha dado un pequeño pero crucial paso adelante. Controlando un paso concreto del proceso de síntesis, el equipo consiguió producir células solares de kesterita con una eficiencia certificada del 13,8%. Y un pico máximo durante los experimentos del 14,1%.
Ventajas de la kesterita en la fotovoltaica de capa fina
La kesterita sintética sigue la fórmula química del mineral natural (Cu2ZnSnS4), pero puede contener selenio en lugar de azufre. El material es adecuado para su uso en fotovoltaica de capa fina por su gran estabilidad y sus buenas propiedades ópticas y electrónicas, que lo hacen similar al CIGS (seleniuro de cobre, indio y galio). Pero a diferencia de este último u otras películas delgadas como CdTe, sólo contiene elementos abundantes y no tóxicos.
En su estudio, los investigadores, dirigidos por los profesores Meng Qingbo y Xin Hao, actuaron sobre las presiones en la cámara de reacción durante la selenización, es decir, el proceso que expone la superficie del material a una atmósfera que contiene selenio para obtener CZTSSe. En concreto, al aplicar presión positiva en la cámara, la presión parcial del selenio disminuye, reduciendo la probabilidad de colisión entre las moléculas de este elemento y el precursor de kesterita durante la formación inicial de cristales.
¿El resultado? La operación dio lugar a un absorbedor CZTSSe cristalino con menos defectos y en un solo paso sin fases secundarias. La célula solar de kesterita presentó una eficiencia de conversión del 14,1% sobre el área total, certificada en un 13,8%, el resultado más alto logrado hasta la fecha.