Semi transparent solar cells for Building Integrated Photovoltaics

Abstract

Transparent Photovoltaic (TPV) technologies represent a promising branch within photovoltaics, seeking to expand their applications by overcoming challenges related to on-site integration, especially within architectural elements related to Building Integrated Photovoltaic (BIPV), and more recently, also in the areas of Internet of Things (IoT) and Agrivoltaics. Unlike conventional approaches solely focused on efficiency, TPV introduces two additional aspects: transparency and aesthetics, which propose added challenges to the device design. This work introduces wide-bandgap inorganic-based TPV devices utilizing ultrathin intrinsic hydrogenated amorphous silicon-carbon (a-SiCx:H) as a semi transparent absorber, along with carrier-selective contacts and transparent electrodes. This innovative approach achieves a Power Conversion Efficiency (PCE) above 2.3% and an Average Photopic Transmittance (APT) of 52%, yielding a Light Utilization Efficiency (LUE) of 1.2%, comparable to best reported state of the art inorganic devices. This work holds significant relevance for the development of inorganic thin-film TPV technologies, especially those employing ultrathin absorbers.

Las tecnologías fotovoltaicas transparentes (TPV) representan una rama prometedora dentro de la fotovoltaica, que busca ampliar sus aplicaciones superando los retos relacionados con la integración in situ, especialmente dentro de los elementos arquitectónicos relacionados con la fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) y, más recientemente, también en las áreas del Internet de las cosas (IoT) y la Agrivoltaica. A diferencia de los enfoques convencionales centrados únicamente en la eficiencia, el TPV introduce dos aspectos adicionales: la transparencia y la estética, que proponen retos añadidos al diseño del dispositivo. En este trabajo se presentan dispositivos TPV inorgánicos de banda prohibida ancha que utilizan silicio-carbono amorfo hidrogenado intrínseco ultrafino (a-SiCx:H) como absorbente semitransparente, junto con contactos selectivos de portador y electrodos transparentes. Este innovador enfoque logra una eficiencia de conversión de potencia (PCE) superior al 2,3% y una transmitancia fotópica media (APT) del 52%, lo que da lugar a una eficiencia de utilización de la luz (LUE) del 1,2%, comparable a la de los mejores dispositivos inorgánicos reportados en la literatura. Este trabajo es de gran importancia para el desarrollo de tecnologías TPV inorgánicas de capa fina, especialmente las que emplean absorbedores ultrafinos.

Les tecnologies Fotovoltaiques Transparents (TPV) representen una branca prometedora dins de la fotovoltaica, buscant ampliar les seves aplicacions mitjançant la superació de reptes relacionats amb la integració in situ, especialment dins d'elements arquitectònics, el que es coneix amb el nom de Building Integrated Photovoltaic (BIPV), i més recentment, també en les àrees d'Internet de les Coses (IoT) i Agrivoltaics. A diferència dels enfocaments convencionals centrats únicament en l'eficiència, TPV introdueix dos aspectes addicionals: transparència i estètica, que proposen reptes afegits al disseny del dispositiu. Aquest treball introdueix dispositius TPV basats en materials inorgànics de banda prohibida ampla que utilitzen silici amorf hidrogenat amb alt contingut en carboni (a-SiCx:H) com a absorbidor semitransparent, juntament amb contactes selectius de portadors i elèctrodes transparents. Aquest enfocament innovador aconsegueix una Eficiència de Conversió de Potència (PCE) per sobre del 2,3% i una Transmissió Fotòpica Mitjana (APT) del 52%, produint una Eficiència d'Utilització de la Llum (LUE) de l'1,2%, comparable als millors dispositius inorgànics reportats en la literatura. Aquest treball presenta una gran rellevància en el desenvolupament de tecnologies TPV inorgàniques, especialment aquelles que utilitzen absorbidors ultrafins.