Diseño de una celda solar, propiedades ópticas. Pérdidas ópticas, pérdidas por recombinación. Diseño de los contactos.

Msc. Lídice Vaillant Roca

Diseño de las celdas solares

Diseño básico de una celda solar

Para diseñar apropiadamente una celda solar es necesario especificar los parámetros de la estructura de la celda solar, de manera tal que se maximice la eficiencia, teniendo en cuenta una serie de limitantes. A su vez, dichas limitantes estarán dadas por los objetivos específicos de uso que tendrá el dispositivo, lo que se define por el ambiente de trabajo en que se producen. Las celdas solares producidas a nivel industrial tienen como objetivo esencial aumentar la eficiencia reduciendo el costo de las mismas, mientras que aquellas que se producen a nivel de laboratorio, donde la investigación se concentra en los problemas físicos fundamentales, la atención se concentra en fabricar celdas de alta eficiencia, sin importar demasiado su costo. Otro ejemplo importante son las celdas de uso espacial, que se producen teniendo en cuenta su peso, considerado el factor crítico en estos casos.

El límite de eficiencia teórica para la conversión fotovoltaica supera el 90%, pero para llegar a estos valores, se deben hacer muchas consideraciones físicas, difíciles o imposibles de cumplir desde el punto de vista práctico, dadas las presentes tecnologías y niveles de comprensión del dispositivo físico. Para celdas solares de silicio operando bajo un sol de potencia luminosa, una eficiencia más realista estaría en el orden de 26 al 28 %. La eficiencia máxima medida para una celda solar de silicio en estos momentos es de 24.7 %, bajo el espectro solar AM1.5G. Para las celdas solares en base a CdTe, CIS y GaAs, las eficiencias récord alcanzadas son 16 %, 18.2 % y 25.1 %, respectivamente.

La diferencia entre las altas eficiencias teóricas y las eficiencias medidas para celdas solares terrestres se debe principalmente a dos factores. El primero es que las predicciones de máxima eficiencia teórica asumen que la energía de cada fotón es óptimamente usada, lo que significa la no existencia de fotones no absorbidos y que cada fotón se absorbe en un material cuyo ancho de banda prohibida es igual a la energía del fotón. En teoría, es posible obtener este resultado modelando una estructura de infinitos materiales de diferentes anchos de banda prohibida, cada uno absorbiendo solamente los fotones que corresponden con el valor exacto de su ancho de banda prohibida. El segundo factor proviene de asumir una alta razón de concentración luminosa. Considerando que los efectos de la temperatura y la resistencia no son dominantes en una celda solar con concentración luminosa, el incremento de la intensidad de la luz incrementa proporcionalmente la corriente de corto circuito. Al mismo tiempo, debido a que el voltaje de circuito abierto depende de esta última, el Voc se incrementará logarítmicamente con los niveles de iluminación, hasta llegar a un valor de saturación proporcional a Eg/q. Además, como el factor de llenado (FF) máximo se incrementa con el Voc, el máximo valor posible de FF también se incrementa con la concentración. Los valores extras de Voc y FF que se incrementan con la concentración permiten a los sistemas concentrados alcanzar altas eficiencias (principalmente a costa de un incremento importante en la corriente de corto circuito).
Los principios fundamentales para diseñar celdas solares de alta eficiencia son:

Pérdidas ópticas

Las pérdidas ópticas se deben a luz que pudo haber generado pares de electrón-hueco pero no lo hizo, ya sea porque se reflejó en la superficie frontal del dispositivo, en algunas de las múltiples interfaces o porque no se absorbió por la celda. Estas pérdidas afectan esencialmente el dispositivo por disminución de la corriente de corto circuito. Para las celdas solares más comunes, el espectro visible completo tiene suficiente energía para crear pares electrón-hueco y por lo tanto idealmente, toda la luz visible habría de ser absorbida.

Algunas soluciones para reducir las pérdidas ópticas son:

Capas antirreflectantes

Las capas antirreflectantes consisten en una fina película de material dieléctrico tal que, para un índice de refracción y con un espesor escogido especialmente, los efectos de interferencia en la lámina causen un defasaje entre la onda luminosa reflejada en la película antirreflectante y la onda reflejada en la superficie del semiconductor. Este defasaje de las ondas reflejadas hará que ambas interfieran destructivamente, provocando una energía neta reflejada igual a cero.

El espesor de las películas antirreflectantes se escoge de forma tal que la longitud de onda en la misma sea un cuarto de la longitud de onda de la luz incidente. Para películas antirreflectantes de cuarto de onda de un material transparente con índice de refracción n1 y ?0 la longitud de onda de la luz incidente, el espesor d1 que causa mínimo de reflexión se calcula por:

Es posible minimizar aún más la reflexión si el índice de refracción de la película antirreflectante es la media geométrica de los índices de refracción de los materiales de ambos lados, o sea, aire o vidrio (n0) y el semiconductor (n2). Esto se expresa por:

Mientras que la reflexión puede reducirse a cero para un espesor, índice de refracción y longitud de onda dados, usando las ecuaciones anteriores, el índice de refracción es dependiente de la longitud de onda, por lo que este mínimo absoluto sólo ocurrirá a una longitud de onda. Para aplicaciones fotovoltaicas, el índice de refracción y el espesor se escogen de forma tal que la reflexión se minimice a una longitud de onda de 0.6 ?m, dado que en su vecindad esta situado el pico de potencia del espectro solar.

Añadiendo más de una película antirreflectante la reflectividad puede ser reducida en un amplio rango de longitudes de onda. Sin embargo, esto usualmente encarece demasiado la producción de celdas.

Texturado superficial

El texturado superficial, puede también ser utilizado para minimizar la reflexión, ya sea en combinación con películas antirreflectantes o por si solo. Cualquier rugosidad de la superficie reduce la reflexión debido al incremento de la probabilidad de rebotar en sentido contrario la luz reflejada sobre la superficie, en vez de salir directamente al aire.

El texturado superficial puede realizarse de diferentes maneras. Un substrato monocristalino puede ser texturado haciendo ataque químico selectivo a través de las caras de los planos cristalinos. La estructura cristalina del silicio resulta estar hecha de pirámides si la superficie está apropiadamente alineada con respecto a los átomos internos. Un tipo de texturado es el llamado de “pirámides aleatorias”, usualmente utilizado en la industria para obleas de silicio monocristalino. Otro tipo de texturado superficial es conocido como “pirámides invertidas”, en el cual las pirámides se forman con el pico hacia abajo, en vez de apuntando hacia fuera.

Las obleas policristalinas no pueden ser texturadas por estos métodos anteriormente mencionados, en tanto la morfología superficial piramidal sólo puede obtenerse cuando planos cristalinos expuestos son (111). En los materiales policristalinos solo una pequeña fracción de la superficie cumplirá esta condición. Sin embargo, es posible hacer texturado usando otros métodos como técnicas fotolitográficas y esculpido mecánico con láser, para cortar la superficie de la forma apropiada.

Espesores de los materiales usados

Mientras que la reducción de la reflexión es una parte esencial para obtener celdas solares de alta eficiencia, es también importante absorber toda la luz. La cantidad de luz absorbida depende de la longitud del camino óptico y del coeficiente de absorción.

Trampas de luz

El espesor óptimo del dispositivo no está solamente controlado por la necesidad de absorber toda la luz. Por ejemplo, si la luz no se absorbe dentro de la longitud de difusión de la juntura, entonces los portadores fotogenerados se pierden por recombinación. En adición, una celda solar más fina, capaz de retener la absorción de un dispositivo de mayor espesor, tendría mayor voltaje. Consecuentemente, una estructura de celda solar óptima típicamente tendrá ligth trapping, o “atrapamiento de luz”, lo que significa que de alguna manera la luz que entra al dispositivo se atrapa dentro del mismo de modo que la longitud de camino será varias veces el espesor del dispositivo. En estos casos la longitud del camino óptico se refiere a la distancia que puede viajar dentro del dispositivo un fotón que no ha sido absorbido, antes de escapar del mismo. Usualmente se define en términos del espesor del dispositivo. Por ejemplo, una celda solar que no tiene atropamiento de luz tendrá una longitud de camino óptico igual al espesor del dispositivo, mientras que una celda solar con buen atrapamiento de luz tendría una longitud de camino óptico de 50, indicando que la luz rebota dentro de la celda muchas veces.

Generalmente el atrapamiento de luz se realiza haciendo incidir la radiación en una superficie angulada, de forma tal que se modifique el ángulo con el cual la luz viaja en la celda solar. Una superficie texturada no sólo reducirá la reflexión, como se describió previamente, sino que también cambiará el ángulo de la radiación incidente, haciendo que esta entre oblicuamente dentro del material, obteniéndose una longitud de camino óptico mayor que es espesor del dispositivo. El ángulo al cual la luz se refracta dentro de un material semiconductor está dado, según la ley de Snell por:

Donde Ø1 y Ø2 son los ángulos de la luz incidente y refractada respectivamente, con respecto al plano normal a la interfase entre dos medios con índice de refracción n1 y n2.

A partir de la ley de Snell arriba expuesta, el ángulo al cual la luz entra en la celda solar (ángulo de la luz refractada) puede ser calculado por:

En una celda solar monocristalina texturada, la presencia de planos cristalográficos hace que el ángulo Ø1 sea igual a 360, como se muestra en la figura.
Si la luz pasa por medios de mayor a menor índice de refracción, existe la posibilidad de obtener reflexión total interna. El ángulo al cual esto ocurre se llama ángulo crítico y se obtiene de hacer igualar a cero Ø2 en la ley de Snell.

Usando la reflexión total interna, la luz puede ser atrapada dentro de la celda y hacer múltiples pasos, permitiendo incluso a celdas muy finas mantener un largo camino óptico.

Reflectores lambertianos

Un reflector lambertiano posterior es un tipo especial de reflector que refleja la luz con dirección aleatoria. Una alta reflexión en la superficie trasera de la celda reducirá la absorción en los contactos posteriores de la celda o la transmisión de la luz, permitiendo a la luz rebotar dentro de la celda para otras posibles absorciones. Hacer aleatoria la dirección de la luz reflejada contribuirá a aumentar la parte de la luz con reflexión total interna. La luz que alcance la superficie de la celda con un ángulo mayor que el ángulo crítico para la reflexión total interna, se reflejará de nuevo hacia la superficie trasera. La absorción de la luz se puede incrementar intensamente de esta manera, debido a que la longitud del camino de la radiación incidente se incrementará en 4n2, donde n es el índice de refracción del semiconductor. Esto permite conseguir un camino óptico de aproximadamente 50 veces el espesor del dispositivo físico y por lo tanto es un excelente esquema de atropamiento de luz.

Reducción de la recombinación.

Pérdidas por recombinación

Las pérdidas por recombinación afectan tanto la colección de la corriente (y por lo tanto la corriente de corto circuito), como la inyección de corriente en inversa (o sea, el voltaje a circuito abierto). Frecuentemente se clasifica en dependencia de la región de la celda donde ocurre. Típicamente la recombinación en la superficie, llamada recombinación superficial, y la recombinación en el volumen de la celda, son las áreas que más aportan a la recombinación (recombinación en el volumen). La región de empobrecimiento es otra área en la cual puede ocurrir recombinación.

Pérdidas de corriente debido a la recombinación

Para que la unión p-n de la celda sea capaz de colectar todos los portadores fotogenerados, tanto la recombinación superficial como la volumétrica, tienen que sea minimizadas. En celdas solares de silicio, las dos condiciones usualmente requeridas para la máxima colección de la corriente son:
Los portadores deben generarse en una región dentro de la longitud de difusión de la juntura, de forma tal que difundan hacia la misma antes de recombinarse. En el caso de sitios localizados de gran recombinación (como las superficies sin pasivar o la frontera de grano en materiales policristalinos), los portadores deben ser generados más cerca de la juntura que de los sitios de recombinación. Para sitios de recombinación menos severa, como superficies pasivadas, los portadores pueden generarse más cerca de estos, en tanto sean todavía capaces de difundir hasta la juntura y ser colectados antes de recombinar.

La presencia de sitios de recombinación localizados en la superficie frontal y posterior de la celda solar implica que los fotones de diferentes energías tendrán probabilidades de colección diferentes. Debido a que la luz azul tiene un alto coeficiente de absorción (o sea, es absorbida muy cerca de la superficie frontal), es poco probable que genere portadores minoritarios que puedan ser colectados por la juntura si la superficie frontal es un sitio de alta recombinación. De la misma manera, una alta recombinación superficial trasera afectará primariamente a los portadores generados por luz infrarroja, que puede generar portadores a más profundidad en el dispositivo. La eficiencia cuántica de la celda cuantifica los efectos de recombinación en la corriente generada por luz.

Pérdidas de voltaje debido a la recombinación

El voltaje a circuito abierto es el voltaje al cual la corriente de difusión en directa es exactamente igual a la corriente de corto circuito. La corriente de difusión en directa es dependiente del monto de la recombinación en una juntura p-n y el incremento de la recombinación incrementará la corriente en directa. Consecuentemente, una alta recombinación implica un aumento de la corriente de difusión en directa, lo que a su vez reduce el voltaje a circuito abierto. El parámetro del material que ofrece información sobre la recombinación en directa es la corriente de saturación del diodo.

La recombinación se controla por el número de portadores minoritarios en el borde de la juntura, cuan rápido se separan de la misma y cuan rápido se recombinan. La corriente de oscura en directa y por tanto el voltaje a circuito abierto dependen de los siguientes parámetros:

Recombinación superficial

La recombinación superficial puede tener un importante impacto tanto en la corriente de corto circuito como en el voltaje a circuito abierto. Altos niveles de velocidad de recombinación en la superficie frontal van fundamentalmente en detrimento de la corriente de corto circuito, en tanto esta superficie corresponde además con la región de mayor generación de portadores en la celda solar. Para disminuir esta recombinación superficial, se reducen el número de enlaces sueltos o no completos, mediante el crecimiento de una película pasivante (usualmente dióxido de silicio para celdas de silicio) sobre la superficie frontal.

Debido a que la película pasivante es generalmente un aislante, cualquier región que tenga un contacto óhmico metálico no podrá ser pasivada. En cambio, debajo de los contactos, los efectos de recombinación superficial pueden ser minimizados incrementando el dopaje. Como que típicamente este alto dopamiento degrada severamente la longitud de difusión, la región de los contactos no participará en la generación de portadores y por lo tanto, el impacto en la colección de portadores no será significativo. Además, en los casos en se tiene una alta recombinación superficial muy cerca de la juntura, la mejor opción para minimizarla es incrementar el dopaje tanto como sea posible.

Un efecto similar se emplea en la superficie trasera para minimizar el impacto de la velocidad de recombinación superficial de la misma en el voltaje y la corriente, si la superficie está más cerca de la juntura que una longitud de difusión. El llamado campo superficial posterior o back surface field (BSF), consiste en una región altamente dopada en la superficie posterior de la celda. La interfase entre la región más y menos dopada se comporta como una juntura p-n y el campo eléctrico que se forma en la misma introduce una barrera para los portadores minoritarios que fluyen hacia la superficie. Por lo tanto, la concentración de portadores minoritarios se mantiene a niveles más altos y el BSF tiene un efecto neto de pasivación de la superficie posterior.

Diseño de los contactos.

Resistencia serie

Además de maximizar la absorción y minimizar la recombinación, la condición final necesaria para el diseño de una celda solar de alta eficiencia es minimizar las perdidas por resistencias parásitas. Tanto las perdidas por resistencia serie como por resistencia paralelo disminuyen el factor de llenado y la eficiencia de una celda solar. Una resistencia paralelo dramáticamente baja es producida por un defecto del proceso tecnológico y no por un mal diseño del parámetro. Sin embargo, la resistencia serie, es controlada fundamentalmente por el diseño del contacto superior (rejilla colectora) y la resistencia del emisor, por lo que necesita ser diseñada cuidadosamente para cada tipo y estructura de celda solar, para poder optimizar su eficiencia de conversión.
La resistencia serie de una celda solar consiste de varios componentes que son mostrados debajo en el diagrama. De estos componentes, el emisor y rejilla colectora (que consiste de los dedos y la barra colectora) domina la resistencia serie global y por consiguiente es necesario un diseño optimizado de ellos en la celda solar.

Los contactos metálicos son necesarios para colectar la corriente generada por una celda solar. La barra colectora "Busbars" se conecta directamente a la carga externa, mientras los "dedos" son áreas más finas de metalización que coleccionan la corriente para entregársela al “busbars”. La clave para el compromiso en el diseño de los contacto superiores está en el equilibrio entre las pérdidas resistivas asociadas a una rejilla ampliamente espaciada con dedos muy delgados y al efecto de sombreado causado por una rejilla muy tupida con dedos metálicos muy gruesos, o sea que impidan que llegue mas luz a la superficie superior de la celda solar.

Resistencia de la base

La corriente generada típicamente fluye perpendicularmente a la superficie de la celda desde el volumen y después lateralmente a través de la película dopada hasta que es colectada por un contacto frontal superior.

La resistencia y corriente de la base se asumen como constantes. La resistencia de la corriente en la componente volumétrica de la celda o resistencia de volumen, Rb, se define como:

tomando en cuenta el espesor del material. Aquí, l es la longitud del camino resistivo, ?b es la resistividad del volumen (inverso de la conductividad, 0.5 – 5.0 Ohm cm para una celda típica de Silicio), A es el área de la celda y W es el ancho de la región volumétrica de la celda.

Resistencia laminar

La resistividad y el espesor del emisor son frecuentemente desconocidas, lo que hace que la resistencia sea difícil de calcular. Sin embargo, se define la llamada resistencia laminar, que depende de ambos valores, la resistividad y el espesor, y que puede ser directamente medida en la superficie de la película tipo n. Para una película uniformemente dopada, la resistencia laminar se define como:

donde ? es la resistividad de la capa y t su espesor. Normalmente se expresa en ohms/cuadro o Ohm/‚.
Esto se ha visto ya anteriormente, por lo que la resistividad de un substrato o película determinada es obtenida por el método de cuatro puntas como:

Los valores típicos de resistencia laminar de celdas solares de silicio se encuentran en el rango entre 30-100 Ohm/‚ y los de resistividad de la base entre 0.1 y 3 ohm-cm.

Resistencia del emisor

Basados en la resistencia laminar, la pérdida de potencia debido a la resistencia del emisor puede ser calculada como función del espaciado en los dedos del contacto superior. Sin embargo, la distancia que la corriente fluye en el emisor no es constante. La corriente puede ser colectada desde la base, cercano a los dedos, y por lo tanto recorre una corta distancia, o si la corriente llega al emisor entre los dedos, entonces la longitud del camino resistivo que verán esos portadores será la mitad del espaciado del enrejado.

Resistencia de los contactos

La resistencia de contactos ocurre en la interfase entre la celda y los contactos metálicos. Para mantener bajas estas pérdidas, la capa n+ debe estar tan dopada como sea posible. Sin embargo, altos niveles de dopaje crean otros problemas. Si grandes niveles de fósforo se difunden dentro del Si, el fósforo en exceso permanece en la superficie de la celda, creando una capa muerta, donde los portadores fotogenerados tendrán muy pocas posibilidades de ser colectados. Por esta razón muchas celdas comerciales tienen una baja respuesta al azul del espectro luminoso. La región bajo los contactos debe ser altamente dopada, mientras que el dopaje en el emisor está controlado por el compromiso entre una baja corriente de saturación y una alta longitud de difusión.

Modelos de rejillas metálicas

El diseño de los contactos frontales tiene en cuenta no solo minimizar la resistencia de los dedos y el buscar, sino también una reducción total de las pérdidas asociadas con el contacto frontal. Estas incluyen las pérdidas por resistencia en el emisor, pérdidas por resistencia en el metal de contacto y pérdidas por sombreado. Los factores críticos en el diseño del contacto frontal son el espaciado entre los dedos y el busbar, la relación alto/ancho del metal, el ancho mínimo del metal y la resistividad del metal.

Impacto del espaciado de los dedos en la resistencia del emisor.

Un importante factor en el diseño de los contactos frontales son las pérdidas por resistividad en el emisor. Las pérdidas de potencia en el emisor dependen del cubo del espaciado entre los dedos, lo que implica que se trate de disminuir todo lo posible la distancia entre ellos.

Resistencia del enrejado.

La resistencia del enrejado está determinada por la resistividad del material utilizado para hacer el contacto metálico y la geometría de la máscara de metalización. Generalmente se busca tener bajas resistividades y altos cocientes de altura/ancho de los contactos, pero en la práctica estos factores están limitados por la tecnología de fabricación de las celdas solares.

Pérdidas por sombreado.

Las pérdidas por sombreado son causadas por la presencia del metal sobre la superficie de la celda solar, lo que impide a la luz entrar en la misma. Están esencialmente determinadas por la transparencia de la superficie de la celda, que a su vez está definida, para una superficie plana, como la fracción de superficie frontal cubierta por el metal.

Reglas de diseño

A pesar de que existen una multitud de esquemas de contacto, por razones prácticas la mayoría de las máscaras de metalización superficial son relativamente simples y grandemente simétricas. Se ha visto que el valor óptimo para el ancho del busbar se obtiene cuando las pérdidas por resistencia en el mismo igualan sus pérdidas por sombreado, así como que un buscar piramidal tiene menos pérdidas por resistencia que si tuviera ancho fijo. También para menor ancho de los dedos y menor espaciado entre ellos, menores las pérdidas.

Estructura de una celda solar.

Parámetros de una celda solar de silicio y de CdTe.

Para el diseño básico de celdas solares de silicio las limitantes fundamentales son la reflexión superficial, la colección de portadores, la recombinación y las pérdidas por resistencia parásita.

Compromisos de diseño de una celda solare de silicio:

material del substrato: El silicio cristalino domina actualmente el mercado fotovoltaico, con un 80 % del producto real. Esto se debe en parte a la prominencia del silicio en el mercado de los circuitos integrados, lo que generó una avalancha de datos experimentales y teóricos sobre el mismo, así como por el hecho de que es un elemento muy abundante en la naturaleza. El silicio no tiene los valores óptimos de los parámetros necesarios para ser utilizado en celdas solares. Su ancho de banda prohibida es ligeramente pequeño para una celda solar óptima y debido a que es un material de gap indirecto, su coeficiente de absorción en bajo. Aunque un coeficiente de absorción bajo puede suplirse en alguna medida con esquemas de atrapamiento de luz, es difícil crecer el silicio en láminas finas. Sin embargo, la abundancia del mismo y su papel dominante en la industria de semiconductores lo hace un competidor muy difícil de superar.

Espesor de la celda (100-500 µm): El espesor de una celda solar optimizada con atrapamiento de luz y buena pasivación superficial esta alrededor de las 100 µm. Sin embargo, celdas con espesores entre 200 y 500 µm son típicamente usadas, en parte por razones prácticas de maniobrabilidad y en parte por la pasivación superficial.

Dopaje de la base (1 Ohm cm): Un alto dopaje de la base conlleva a altos valores de Voc y bajas resistencias, pero también resulta en un cristal más imperfecto y dañado.

Control de la reflexión (texturado superficial): La superficie frontal es texturada para disminuir la reflexión aumentando la cantidad de luz que entra en la celda.

Dopaje del emisor (tipo n): El silicio tipo n tiene una calidad superficial mucho mayor que el p, por lo que se sitúa en la parte frontal de la celda, en tanto es en esta donde se absorbe más luz.

Espesor del emisor ( <1 µm): Una gran fracción de la luz es absorbida muy cerca de la superficie frontal. Haciendo el emisor muy fino, una parte importante de los portadores fotogenerados se crearán dentro de la longitud de difusión de la juntura p-n.

Niveles de dopaje del emisor (100 Ohm/‚): El emisor se dopa a un nivel suficiente como para conducir la corriente sin pérdidas por resistencia. No obstante, un excesivo nivel de copamiento reducirá la calidad del material, aumentando por tanto la posibilidad de que los portadores recombinen antes de llegar a la juntura.

Máscara del enrejado (dedos de 20 a 200 µm, con 1-5 mm de distancia entre ellos): El enrejado metálico sombrea la celda con respecto a la radiación incidente, por lo que se debe establecer un compromiso entre la colección de luz y la resistencia del metal de contacto.

Contacto posterior: El contacto posterior es mucho menos importante que el frontal, debido a que está mucho más alejado de la juntura. Comienza a ser importante a la hora de aumentar las eficiencias y a medida que las celdas se hacen más finas.

Parámetros de una celda solar de compuestos II-VI (CdTe)

material del substrato: El substrato, típicamente vidrio, mide unos 2 a 3 mm de espesor. Este material abarata considerablemente el costo de producción de las celdas, pero es amorfo, lo que implica que los materiales a crecer sobre el mismo serán policristalinos. Las barreras de potencial intergranulares son una importante fuente de recombinación en los materiales y no siempre resulta evidente como pasivarlas.

Espesor de la celda (6 – 8 µm, sin tomar en cuenta el substrato): El espesor de una celda solar basada en CdTe está determinado esencialmente por el espesor de la base. El resto de las películas componentes de la celda aportan menos de una micra del total. Esta peculiaridad y el hecho de que pueden ser obtenidas con relativa homogeneidad de espesor en grandes áreas, son de las ventajas principales de la tecnología a películas delgadas.

Base: El CdTe y la familia de las calcopiritas (CIS), han sido extensamente investigados en los laboratorios de fotovoltaicos del mundo en las últimas dos décadas. El CdTe en particular tiene un gap cercano al valor óptimo (1.5 eV) y un alto coeficiente de absorción, lo que permite disminuir notablemente el espesor de las celdas. El CdTe posee una alta resistividad y aunque se ha intentando doparlo, aun no se ha conseguido. Esta es una de las fuentes de pérdidas importantes en la celda, porque aun disminuyendo notablemente el espesor del material, resulta difícil bajar de las 6 micras.

Control de la reflexión: La superficie frontal se cubre con un óxido transparente conductor que acople en índices de refracción disminuyendo la reflectividad. En algunos casos se deposita una película de MgF en la superficie del vidrio substrato, para minimizar la reflectividad en la misma.

Espesor del emisor (< 100 nm): Una gran fracción de la luz es absorbida muy cerca de la superficie frontal. Haciendo el emisor muy fino, una parte importante de los portadores fotogenerados se crearán dentro de la longitud de difusión de la juntura p-n.

Contacto posterior: El contacto posterior ha sido unos de los problemas más importantes enfrentados en la última década en la optimización de celdas de CdTe. Debido a que la función de trabajo del CdTe es muy alta, resultaba difícil encontrar un material que cumpliera los requerimientos para hacer contacto óhmico. Durante mucho tiempo se utilizó Cu/Au, pero las celdas se degradaban por la difusión del Cu en la misma, y finalmente se encontró en el Sb2Te3, un material química y mecánicamente estable.

En construcción...