El uso de nanopatrones mejora las células solares de película fina

Fuente: MIT Technology

Unos diminutos agujeros en el contacto eléctrico trasero hacen que las células solares de película fina sean más eficientes.

Todos los tipos de tecnología de células solares tienen sus ventajas y desventajas. Las células solares de película fina, por ejemplo, necesitan menos material que las células solares tradicionales y por tanto son más económicas, ligeras y flexibles. Y si esas películas finas estuviesen hechas de silicio amorfo, el coste se reduciría aún más. El problema, no obstante, es que las células solares de película fina hechas con silicio amorfo tienden a poseer grados de eficiencia extremadamente bajos en comparación con los componentes fotovoltaicos más gruesos y de silicio cristalino.

Sin embargo, un estudio de Caltech acaba de demostrar que es posible aumentar la eficiencia de las células de película fina de silicio amorfo un 37 por ciento -de un 4,5 por ciento de eficiencia a un 6,5 por ciento, lo que aún es significativamente más bajo que las células de silicio cristalino comerciales, que alcanzan eficiencias del 30 por ciento o más- mediante la simple inclusión de un patrón de agujeros a nanoescala en el contacto eléctrico de la parte de atrás de las células. Es importante señalar que esta investigación, dirigida por Harry Atwater, profesor de física aplicada y ciencia de los materiales en Caltech, parece ser práctica para el aumento de la producción de estas células a gran escala.

Existen una serie de investigadores y startups dedicados a la exploración de las células solares de película fina hechas con materiales distintos al silicio. No obstante, y según afirma Atwater, estos materiales son relativamente poco frecuentes y, por tanto, no son prácticos para su uso en masa. “Son problemáticos a escalas extremadamente altas,” afirma.

El silicio posee la gran ventaja de ser abundante y tener un largo historial dentro de la manufactura de componentes electrónicos. Pero para su uso en células solares finas, el silicio no resulta tan ideal. Hay una falta de concordancia entre la distancia que necesitan los fotones para ser absorbidos en el silicio y la distancia que recorren los electrones para producir una corriente eléctrica. En esencia, los electrones que abandonan su posición después de ser golpeados por los fotones tienen a volver a su sitio antes de que puedan ser recolectados, lo que da como resultado unos bajos niveles de eficiencia a la hora de convertir la luz solar en electricidad. No obstante, si la absorción óptica pudiese mejorarse, entonces se lograría recoletar más electrones en general y se incrementaría la eficiencia.

Los investigadores y las compañías están explorando varias opciones para mejorar las eficiencias en este tipo de células. Por ejemplo, StarSolar, una compañía surgida de MIT y con sede en Cambridge, Massachusetts, está explorando los cristales fotónicos, unas estructuras que reflejan la luz varias veces dentro de la célula solar para incrementar las probabilidades de que producir corriente eléctrica. Sin embargo, hasta ahora este método parece tener dificultades para ser llevado a cabo a gran escala.

El método de Atwater se centra en la parte de atrás de la célula solar, el contacto eléctrico metálico que se coloca detrás de las capas de material de silicio “activo” donde los fotones son absorbidos. En vez de utilizar una rejilla para producir reflejos internos múltiples, se utiliza una serie de agujeros de 225 nanómetros de diámetro. Cuando la luz alcanza un metal con una serie de agujeros a esta escala, se produce un efecto físico interesante. La energía de la luz es atrapada esencialmente en la onda bidimensional sobre la superficie del metal. Los electrones en estas ondas de superficie, llamados plasmones, producen corriente eléctrica más fácilmente que los del silicio, que tienden a volver a su lugar rápidamente.

Autor: Por Kate Greene
Traducido por Francisco Reyes (Opinno)