Sistema divisor espectral para el aprovechamiento máximo de la energía en la conversión fotovoltaica

En el presente trabajo se propone un sistema divisor espectral para el aprovechamiento máximo de la energía solar en la conversión fotovoltaica. Se evalúan los óxidos conductores transparentes (TCOs por sus siglas en inglés) como divisores espectrales para la combinación de celdas solares. Se logró empleando el modelo de Drude y la optimización numérica, acoplar la respuesta espectral de los TCOs a las eficiencias cuánticas externas de las celdas. Mediante la simulación, fue calculada la eficiencia del sistema para diferentes combinaciones de celdas y con diferentes geometrías. Los resultados obtenidos validan teóricamente el sistema al obtenerse ganancias positivas en eficiencia para las celdas empleadas. Para probar el prototipo fueron realizadas pruebas experimentales con dos TCOs comerciales. Se emplearon celdas cuyas eficiencias están muy por debajo de su límite teórico y por debajo de valores comerciales, obteniéndose eficiencias en el sistema de hasta un 18% . Con la finalidad de obtener un TCO con las características adecuadas se procedió al depósito de muestras de In2O3:Sn (ITO) mediante la técnica de pulverización catódica. Cada muestra fue caracterizada ópticamente. Los resultados obtenidos no satisfacen aún los requerimientos para el sistema divisor, pero demostraron que es posible modificar la respuesta espectral variando las condiciones de depósito.

In the present work, a splitter system is proposed for the maximum use of solar energy in photovoltaic conversion. Transparent conducting oxides (TCOs) are evaluated as splitters for solar cells combinations. Using the Drude model and numerical optimization, it was possible to couple the spectral response of the TCOs to the external quantum efficiencies of the solar cells. Through the simulation, the efficiency of the system was calculated for different solar cells combinations and different geometries. Positive gains in efficiency were reached for each cells validating theoretically the system. Experimental tests were carried out with two commercial TCOs to probe the concept. Solar cells whose efficiencies are far from their theoretical limit and below commercial values were used. An increase in efficiency was achieved for each cell with system performance up to 18%. To obtain a TCO with the appropriate characteristics, samples of In2O3:Sn (ITO) were deposited using sputtering technique. Each sample was optically characterized. The results obtained do not yet satisfy the requirements for the splitter system, but they showed that it is possible to modify the spectral response in TOCs by varying the deposition conditions.