Estos nuevos nanocables semiconductores pueden duplicar la eficiencia de las células solares de Si

La Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) ha desarrollado un método para fabricar una célula solar de alta eficiencia de materiales utilizando nanocables semiconductores. Si se coloca encima de una celda solar tradicional basada en silicio, puede duplicar la eficiencia de las celdas solares de Si actuales sin dejar de ser económico.

“Tenemos un nuevo método para usar material de arseniuro de galio (GaAs) de una manera muy efectiva a través de la nanoestructuración, por lo que podemos hacer que las células solares sean mucho más eficientes usando solo una pequeña fracción del material que se usa normalmente”, dijo en un declaración Anjan Mukherjee, Ph.D. candidato en el Departamento de Sistemas Electrónicos y el desarrollador líder de la técnica.

Por su excepcional absorción de luz y propiedades eléctricas, el arseniuro de galio (GaAs) es el mejor material para fabricar células solares de alta eficiencia. Como resultado, se usa comúnmente en la producción de paneles solares, principalmente para uso en el espacio.

Sin embargo, los componentes de células solares de GaAs de alta calidad son bastante caros de fabricar, lo que genera una demanda de técnicas que pueden reducir el uso del material.

Los investigadores han descubierto recientemente que una estructura de nanocables puede mejorar la eficiencia de las células solares en comparación con las células solares planas estándar utilizando menos material.

Los investigadores de NTNU han encontrado una nueva forma de fabricar una célula solar con una relación de potencia por peso ultra alta que es diez veces más eficiente que las células solares tradicionales mediante el uso de GaAs en una estructura de nanocables.

Las células solares de GaAs generalmente se cultivan en un sustrato de GaAs grueso y costoso, lo que deja poco espacio para la reducción de costos.

“Nuestro método utiliza una estructura de matriz de nanocables de semiconductores verticalmente colocada en una plataforma de Si barata y favorable a la industria para hacer crecer los nanocables”, dice Helge Weman, profesor del Departamento de Sistemas Electrónicos de NTNU.

“La solución más rentable y eficiente es cultivar una celda en tándem doble, con una celda de nanocables de GaAs en la parte superior cultivada en una celda de Si inferior, lo que evita el uso de un sustrato costoso de GaAs. Hemos trabajado para minimizar el costo de hacer crecer la celda superior de nanocables de GaAs porque el costo de fabricación de GaAs es uno de los principales problemas que actualmente frena la tecnología ”, explica Weman.

“La pequeña huella de la estructura del nanoalambre proporciona un beneficio adicional porque permite una alta calidad en los cristales en el nanoalambre y la interfaz con el silicio. Esto ayuda a mejorar el rendimiento de las células solares ”, dijo Bjorn-Ove Fimland, profesor del mismo departamento.

El desarrollo de esta tecnología puede resultar rentable con inversiones adecuadas y proyectos de I + D a escala industrial. Actualmente, los nanocables se cultivan mediante una técnica conocida como MBE (epitaxia de haz molecular), que no es una herramienta capaz de producirse en masa. Sin embargo, utilizando una herramienta a escala industrial como MOCVD, estas células solares basadas en nanocables pueden producirse en masa a gran escala (deposición de vapor de metal orgánico).

Cuando este producto se combina con una celda de Si, la eficiencia de la celda solar se puede aumentar en un 40%, lo que da como resultado una duplicación de la eficiencia en comparación con las celdas solares de Si comerciales actuales.

Según los investigadores, su método podría modificarse para hacer crecer nanocables en varios sustratos, lo que podría abrir la puerta a una gran cantidad de nuevas aplicaciones.

“Estamos explorando el crecimiento de este tipo de estructura de nanocables de peso ligero en sustratos bidimensionales atómicamente delgados como el grafeno. Esto podría abrir enormes oportunidades para producir células solares ligeras y flexibles que se pueden utilizar en drones autoamplificados, microsatélites y otras aplicaciones espaciales ”, dijo Mukherjee.

El estudio fue publicado en la revista de la American Chemical Society. ACS Photonics.

Publicaciones relacionadas

Botón volver arriba