(Phys.org) - Los investigadores que crean electricidad a través de energía fotovoltaica quieren convertir tantas longitudes de onda del sol como sea posible para lograr la máxima eficiencia. De lo contrario, están comiendo solo una pequeña parte de un pato de tiro:desperdiciando tiempo y dinero usando solo una pequeña parte de las energías entrantes del sol.

Por esta razón, ven el nitruro de galio indio como un valioso material futuro para los sistemas fotovoltaicos. Cambiar la concentración de indio permite a los investigadores ajustar la respuesta del material para que recolecte energía solar de una variedad de longitudes de onda. Cuantas más variaciones se diseñen en el sistema, cuanto más se pueda absorber del espectro solar, conduciendo a una mayor eficiencia de las células solares. Silicio, el estándar actual de la industria fotovoltaica, está limitado en el rango de longitud de onda que puede "ver" y absorber.

Pero hay un problema:nitruro de galio indio, parte de una familia de materiales llamados nitruros III, se cultiva típicamente en películas delgadas de nitruro de galio. Debido a que las capas atómicas de nitruro de galio tienen diferentes espaciamientos de celosía cristalina de las capas atómicas de nitruro de galio indio, el desajuste conduce a una tensión estructural que limita tanto el grosor de la capa como el porcentaje de indio que se puede agregar. Por lo tanto, aumentar el porcentaje de indio agregado amplía el espectro solar que se puede recolectar, pero reduce la capacidad del material para tolerar la tensión.

Los científicos de Sandia National Laboratories, Jonathan Wierer Jr. y George Wang, informaron en la revista Nanotechnology que si la mezcla de indio se cultiva en una falange de nanocables en lugar de en una superficie plana, las pequeñas áreas de superficie de los nanocables permiten que la capa de indio se "relaje" parcialmente a lo largo de cada cable, aliviar la tensión. Esta relajación permitió al equipo crear una célula solar de nanocables con porcentajes de indio de aproximadamente el 33 por ciento. más alto que cualquier otro intento reportado de crear células solares de nitruro III.

Este intento inicial también redujo la energía base de absorción de 2.4eV a 2.1 eV, el más bajo de cualquier célula solar de nitruro III hasta la fecha, y puso a disposición una gama más amplia de longitudes de onda para la conversión de energía. Las eficiencias de conversión de energía fueron bajas, solo un 0,3 por ciento en comparación con una celda comercial estándar que funciona con un 15 por ciento, pero la demostración se llevó a cabo en plantillas imperfectas de matriz de nanocables. Los refinamientos deberían conducir a mayores eficiencias e incluso menores energías.

Se utilizaron varias técnicas únicas para crear la célula solar de matriz de nanocables de nitruro III. Se utilizó un proceso de fabricación de arriba hacia abajo para crear la matriz de nanocables enmascarando una capa de nitruro de galio (GaN) con una máscara de sílice coloidal. seguido de grabado en seco y húmedo. La matriz resultante consistió en nanocables con paredes laterales verticales y de altura uniforme.

Próximo, Se formaron capas de envoltura que contenían el mayor porcentaje de indio de nitruro de galio indio (InGaN) en la plantilla de nanocables de GaN mediante deposición de vapor químico orgánico metálico. Finalmente, Se cultivó In0.02Ga0.98N, de tal manera que provocó la coalescencia de los nanocables. Este proceso produjo una capa de dosel en la parte superior, facilitando el procesamiento plano simple y haciendo que la tecnología se pueda fabricar.

Los resultados, dice Wierer, aunque modesto, representan un camino prometedor para la investigación de células solares de nitruro III. La nanoarquitectura no solo permite una mayor proporción de indio en las capas de InGaN, sino también una mayor absorción a través de la dispersión de la luz en la capa de dosel facetada de InGaN, así como los vacíos de aire que guían la luz dentro de la matriz de nanocables.