Remojo ligero

En las células a-Si, el silicio amorfo se utiliza como material semiconductor . Las células solares a-Si muestran un efecto inducido por la luz en el que su eficiencia se degrada entre un 10 % y un 30 % durante las primeras cientos de horas de exposición. Este efecto se conoce como efecto Staebler-Wronski (SWE) y se produce debido a la ruptura de enlaces Si-Si débiles. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Un hueco puede quedar atrapado en un enlace Si-Si adyacente a un enlace Si-H, tras lo cual se produce una recombinación electrón-hueco en el enlace Si-Si. El enlace Si-H entonces cambia hacia el enlace Si-Si y pierde sus propiedades semiconductoras. Sin embargo, el mecanismo microscópico exacto del SWE no se comprende completamente. La exposición a la luz en las células a-Si muestra una recuperación de la eficiencia después del calentamiento (hasta 50  °C). ^{[ 4 ]} Esto también explica los cambios estacionales en el rendimiento (10-15 %).

El seleniuro de cobre e indio (CIG) y el (di)seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) son materiales semiconductores similares en los módulos CIS/CIGS. Se sabe que la exposición prolongada a la luz en este tipo de celdas induce una mejora en la eficiencia bajo iluminación, produciendo un aumento de aproximadamente el 5 % tras periodos de exposición del orden de horas. Este efecto en los módulos es reversible, y el tiempo de relajación al estado de baja eficiencia es de aproximadamente 3 a 16 horas. ^{[ 5 ] [ 3 ]}

El mecanismo principal detrás del efecto es causado por la presencia del defecto de divacancia de cobre-selenuro (Se-Cu) , que se presenta en diversas configuraciones. Para niveles de Fermi por debajo de un cierto valor E _F ^re (para CGS, este es la energía máxima de la banda de valencia más 0,2 eV), el defecto actúa como un donador superficial y causa un nivel de defecto en la banda de conducción. Cuando los niveles de Fermi aumentan por encima de E _F ^re , la configuración del defecto cambia a dos estados: un aceptor superficial y un aceptor profundo. Como consecuencia de estos niveles de defecto, se crea una distribución no uniforme de carga y defectos que se ve afectada por la luz y, por lo tanto, cambia varias características eléctricas del módulo. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

En las celdas de CdTe , el telururo de cadmio se utiliza como material semiconductor dopado tipo p junto con sulfuro de cadmio dopado tipo n . La forma en que el rendimiento cambia debido a la exposición a la luz en los módulos de CdTe varía mucho dependiendo de la estructura del dispositivo y las composiciones de las capas. Los experimentos en estas celdas han mostrado un aumento de eficiencia de ~6-8%, mientras que otro grupo de módulos degradó su eficiencia en ~7-15%. ^{[ 8 ]} Un factor común en las pruebas en módulos de CdTe es el efecto de la metalización del contacto posterior para la recolección de corriente. Especialmente la presencia de cobre en este contacto posterior tiene un papel principal en la mayoría de los modelos propuestos para este fenómeno.

La adición de cobre en el contacto posterior reduce la altura de los portadores posteriores y, por lo tanto, mejora el rendimiento. ^{[ 9 ]} Por otro lado, la pérdida de cobre por difusión a través del CdTe aumenta la altura de los portadores posteriores, lo que reduce la potencia de salida de la celda. ^{[ 10 ]} La pérdida por degradación debida a la difusión del cobre es significativamente más rápida a temperaturas más altas (85-100  °C).

Estas células solares son un ejemplo de cómo la potencia de salida aumenta al iluminarse. Se observa una inflexión en la curva característica I-V que desaparece al iluminarse, como se mencionó anteriormente. Existen diferentes puntos de vista sobre el origen del efecto de exposición prolongada a la luz en las células solares orgánicas/poliméricas. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

Una forma de analizar el efecto es sugiriendo que la forma de codo se origina a partir de los llamados estados trampa en la interfaz óxido de indio y estaño/óxido de titanio (ITO/TiO _{x ). En consecuencia, aparece una barrera de energía debido a la diferencia en la} función de trabajo del ITO y el borde de la banda de conducción del TiO _x . Por lo tanto, los electrones se acumulan en la interfaz ITO/TiO _x , lo que da lugar a la forma de codo. Sin embargo, tras la irradiación, la densidad de electrones aumentará, llenando los estados trampa. Una vez llenos estos estados trampa, la barrera de energía se estrechará, lo que provocará el efecto túnel de los electrones, de modo que puedan ser absorbidos por el electrodo de ITO. Disminuir el efecto de la exposición a la luz se lograría aumentando la densidad de portadores durante la fabricación, llenando los estados trampa desde el principio. ^{[ 13 ]}

Otra forma de explicar el efecto es mediante la recombinación asistida por trampas. Dado que estos niveles de trampas (huecos que se acumulan en la interfaz ITO/TiO _{x ) se encuentran en algún punto de la} banda prohibida entre las capas de ITO/TiO _x , estos estados aumentan la recombinación. Esto se debe a que las transmisiones sucesivas, desde TiO _x al nivel de trampa, hasta ITO, son mucho más probables que un gran salto de energía, desde TiO _x hasta ITO. El efecto de la iluminación es entonces disminuir la función de trabajo del contacto ITO-TiO _x , lo que aumenta el potencial interno. Este potencial más alto dificulta la acumulación de huecos, disminuyendo la recombinación y, por lo tanto, eliminando la forma de inflexión en la curva I-V. Para ayudar con el problema de la exposición a la luz, habría que modificar el contacto del cátodo, a una función de trabajo efectiva más baja, o bien obtener un material que tenga una función de trabajo más baja desde el principio ^{[ 12 ].}

Las células solares de perovskita son muy recientes y gran parte de la investigación en células solares se centra en estas prometedoras tecnologías. En estas células solares se han observado diferentes efectos tras la exposición a la luz. Se han encontrado tanto aumentos como disminuciones en el rendimiento del dispositivo. Estos efectos pueden ser reversibles o permanentes. Se encontró un cambio positivo permanente que a veces se explica por un dopaje de tipo N mejorado debido a un aumento en las vacantes de oxígeno, lo que conduce a una mayor conductividad y tasa de extracción de carga. ^{[ 14 ]} También se puede observar un cambio positivo reversible que se sugiere que se debe a la recombinación asistida por trampas, similar al efecto en las células solares orgánicas. ^{[ 15 ]} Se propone un cambio negativo reversible que se debe a estados trampa activados por la luz. Esta disminución en el rendimiento del dispositivo se revierte rápidamente cuando se almacena en un entorno oscuro. ^{[ 16 ]} Un intento de ilustrar el comportamiento completo se da por una acumulación de iones positivos (como vacantes) que disminuyen la separación de portadores de carga en la célula solar. La concentración de estos iones puede disminuir al iluminarse. Este es un proceso rápido, que mejora el rendimiento del dispositivo. Sin embargo, tras un periodo prolongado de exposición a la luz, los iones se desplazan hacia la superficie. Debido a los estados trampa en la interfaz, el rendimiento del dispositivo aumenta. ^{[ 17 ]} La magnitud y la duración de los efectos dependen del tamaño de grano y la morfología de las células solares. Se ha observado que la migración de iones es más lenta en granos más grandes ^{[ 17 ]} y la minimización de los límites de grano puede reducir el efecto de exposición a la luz. ^{[ 15 ]}

En estas celdas, el efecto es un aumento en el rendimiento del dispositivo, que ocurre durante aproximadamente 20-30 minutos de iluminación. ^{[ 18 ]} Las observaciones muestran que la corriente (I) aumenta, mientras que el voltaje de circuito abierto (V) permanece relativamente constante. ^{[ 19 ]} Esto probablemente se deba a estados trampa superficiales cerca de la banda de conducción que se forman bajo iluminación. La redistribución de estados en la banda prohibida da lugar a un cambio en el borde de la banda de conducción. Esto resulta en un aumento en la velocidad en la que se generan electrones libres, impulsando la tasa de inyección, sin deteriorar el voltaje de circuito abierto. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}