Un grupo de investigación de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) ha desarrollado un método para fabricar una célula solar de altísima eficiencia material utilizando nanocables semiconductores.
Si se coloca sobre una célula solar tradicional basada en el silicio, podría duplicar la eficiencia de las actuales células solares de Si a bajo coste.
Disponemos de un nuevo método para utilizar el material de arseniuro de galio (GaAs) de forma muy eficaz mediante la nanoestructuración, por lo que podemos hacer células solares mucho más eficientes utilizando sólo una pequeña fracción del material que se utiliza normalmente.
Anjan Mukherjee, principal desarrollador de la técnica.
El arseniuro de galio (GaAs) es el mejor material para fabricar células solares de alta eficiencia por sus extraordinarias características eléctricas y de absorción de la luz. Se suele usar para fabricar paneles solares, principalmente para su uso en el espacio.
Sin embargo, los componentes de las células solares de GaAs de alta calidad son bastante caros de fabricar, lo que ha impulsado la demanda de técnicas que puedan reducir el uso del material.
En los últimos años, se ha comprobado que una estructura de nanocables puede mejorar potencialmente la eficiencia de las células solares en comparación con las células solares planas estándar, aunque se utilice menos material.
Nuestro grupo de investigación ha encontrado una nueva forma de fabricar una célula solar con una relación potencia-peso ultra alta que es más de 10 veces más eficiente que cualquier otra célula solar, utilizando GaAs en una estructura de nanocables.
Helge Weman, profesor del Departamento de Sistemas Electrónicos de la NTNU.
Método pionero
Las células solares de GaAs suelen crecer en un sustrato de GaAs grueso y caro, lo que deja poco margen para reducir los costes.
Nuestro método usa una estructura de nanocables semiconductores en posición vertical sobre una plataforma de Si barata y favorable para la industria para cultivar los nanocables.
La solución más rentable y eficiente consiste en cultivar una célula doble en tándem, con una célula de nanocables de GaAs en la parte superior cultivada sobre una célula de Si en la parte inferior, lo que evita el uso de un costoso sustrato de GaAs. Hemos trabajado para minimizar el coste de cultivo de la célula de nanohilos de GaAs superior, porque el coste de fabricación del GaAs es uno de los principales problemas que frenan actualmente esta tecnología.
Helge Weman.
La diminuta huella de la estructura de nanocables proporciona una ventaja adicional, porque permite una alta calidad en los cristales del nanocable y en la interfaz con el silicio. Esto ayuda a mejorar el rendimiento de la célula solar.
Bjorn-Ove Fimland, profesor NTNU.
El desarrollo de esta tecnología puede ser sencillo y rentable con inversiones adecuadas y proyectos de I+D a escala industrial.
Cultivamos los nanocables mediante un método llamado MBE (epitaxia de haces moleculares), que no es una herramienta que pueda producir materiales a gran volumen. Sin embargo, es posible producir estas células solares basadas en nanocables a gran escala utilizando una herramienta a escala industrial como la MOCVD (deposición de vapores orgánicos metálicos).
La integración de este producto sobre una célula de Si puede mejorar potencialmente la eficiencia de la célula solar hasta un 40%, lo que supondría duplicar la eficiencia en comparación con las células solares de Si comerciales actuales.
Anjan Mukherjee
Ideal para viajes espaciales.
Los investigadores afirman que su método podría adaptarse para que los nanocables crezcan en diferentes sustratos, lo que podría abrir la puerta a muchas otras aplicaciones.
Estamos estudiando la posibilidad de cultivar este tipo de estructura de nanocables ligeros en sustratos bidimensionales atómicamente finos, como el grafeno. Esto podría abrir enormes oportunidades para producir células solares ligeras y flexibles que puedan utilizarse en drones autopropulsados, microsatélites y otras aplicaciones espaciales.
Anjan Mukherjee
Más información: acs.org (texto en inglés).
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