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    La tecnología SFPV se probó para dos arquitecturas de electrodos superiores:(A) el electrodo superior tiene la forma de dedos estrechos; (B) el electrodo superior es uniformemente ultradelgado. Imagen cortesía de Berkeley Lab

    Una tecnología que permitiría Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y la Universidad de California (UC) Berkeley han desarrollado células solares de alta eficiencia que se fabricarán a partir de prácticamente cualquier material semiconductor. Esta tecnología abre la puerta al uso de abundantes, semiconductores relativamente económicos, como los prometedores óxidos metálicos, sulfuros y fosfuros, que se han considerado inadecuados para las células solares porque es muy difícil adaptar sus propiedades por medios químicos.

    "Es hora de que hagamos un buen uso de los materiales malos, "dice el físico Alex Zettl, quien dirigió esta investigación junto con su colega Feng Wang. "Nuestra tecnología nos permite eludir la dificultad de adaptar químicamente muchas tierras abundantes, semiconductores no tóxicos y, en su lugar, adapte estos materiales simplemente aplicando un campo eléctrico ".

    Zettl, quien tiene nombramientos conjuntos con la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y el Departamento de Física de UC Berkeley, donde dirige el Centro de Sistemas Nanomecánicos Integrados (COINS), es el autor correspondiente de un artículo que describe este trabajo en la revista Nano letras . El artículo se titula "Screening-

    Células solares diseñadas con efecto de campo ". Los coautores fueron William Regan, Steven Byrnes, Will Gannett, Onur Ergen, Oscar Vazquez-Mena y Feng Wang.

    Las células solares convierten la luz solar en electricidad utilizando materiales semiconductores que exhiben el efecto fotovoltaico, lo que significa que absorben fotones y liberan electrones que pueden canalizarse en una corriente eléctrica. La energía fotovoltaica es la principal fuente de limpieza, energía verde y renovable, pero las tecnologías actuales utilizan semiconductores relativamente escasos y costosos, como grandes cristales de silicio, o películas delgadas de telururo de cadmio o seleniuro de cobre, indio, galio, que son difíciles o costosos de fabricar en dispositivos.

    "En la actualidad, las tecnologías solares se enfrentan a una compensación de costo-eficiencia que ha ralentizado la implementación generalizada, ", Dice Zettl." Nuestra tecnología reduce el costo y la complejidad de la fabricación de células solares y, por lo tanto, proporciona lo que podría ser una importante alternativa rentable y respetuosa con el medio ambiente que aceleraría el uso de la energía solar ".

    Alex Zettl (izquierda) y Will Regan pueden hacer de bajo costo, células solares de alta eficiencia de prácticamente cualquier material semiconductor. Crédito:(Foto de Roy Kaltschmidt)

    Esta nueva tecnología se llama "fotovoltaica de efecto de campo de ingeniería de cribado, "o SFPV, porque utiliza el efecto de campo eléctrico, un fenómeno bien conocido por el cual la concentración de portadores de carga en un semiconductor es alterada por la aplicación de un campo eléctrico. Con la tecnología SFPV, un electrodo superior de apantallamiento parcial cuidadosamente diseñado permite que el campo eléctrico de la compuerta penetre lo suficiente en el electrodo y module de manera más uniforme la concentración y el tipo del portador de semiconductor para inducir una unión p-n. Esto permite la creación de uniones p-n de alta calidad en semiconductores que son difíciles, si no imposibles, de dopar mediante métodos químicos convencionales.

    "Nuestra tecnología solo requiere deposición de electrodos y puertas, sin necesidad de dopaje químico a alta temperatura, implantación de iones, u otros procesos costosos o dañinos, ", dice el autor principal William Regan." La clave de nuestro éxito es la pantalla mínima del campo de la puerta que se logra mediante la estructuración geométrica del electrodo superior. Esto hace posible que el contacto eléctrico y la modulación de la portadora del semiconductor se realicen simultáneamente ".

    Bajo el sistema SFPV, la arquitectura del electrodo superior está estructurada de modo que al menos una de las dimensiones del electrodo esté confinada. En una configuración, trabajar con óxido de cobre, los investigadores de Berkeley dieron forma al contacto del electrodo en dedos estrechos; en otra configuración, trabajando con silicio, hicieron que el contacto superior fuera ultrafino (grafeno de una sola capa) a través de la superficie. Con dedos suficientemente estrechos, el campo de la puerta crea una capa de inversión de baja resistencia eléctrica entre los dedos y una barrera potencial debajo de ellos. Un contacto superior uniformemente delgado permite que los campos de la puerta penetren y agoten / inviertan el semiconductor subyacente. Los resultados en ambas configuraciones son uniones p-n de alta calidad.

    Dice el coautor Feng Wang, "Nuestras demostraciones muestran que un La unión p-n en contacto eléctrico se puede lograr con casi cualquier semiconductor y cualquier material de electrodo mediante la aplicación de un campo de puerta, siempre que el electrodo esté estructurado geométricamente de manera apropiada ".

    Los investigadores también demostraron el efecto SFPV en una configuración de activación automática, en el que la puerta se alimentaba internamente por la actividad eléctrica de la propia celda.

    "La configuración de compuerta automática elimina la necesidad de una fuente de alimentación de compuerta externa, que simplificará la implementación práctica de los dispositivos SFPV, "Dice Regan". Además, la puerta puede cumplir una doble función como revestimiento antirreflejos, una característica ya común y necesaria para la energía fotovoltaica de alta eficiencia ".


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