Los artistas tienen la impresión de exprimir más energía de las células solares deformando físicamente cada uno de los cristales en los semiconductores utilizados por las células fotovoltaicas. Crédito:Universidad de Warwick / Mark Garlick
Los físicos de la Universidad de Warwick tienen hoy, Jueves 19 de abril de 2018, publicó una nueva investigación en el fournal Ciencias hoy 19 de abril de 2018 (a través de las páginas de la primera versión de la revista) que literalmente podría exprimir más energía de las células solares al deformar físicamente cada uno de los cristales en los semiconductores utilizados por las células fotovoltaicas.
El artículo titulado "Efecto flexo-fotovoltaico" fue escrito por el profesor Marin Alexe, Ming-Min Yang, y Dong Jik Kim, todos con base en el Departamento de Física de la Universidad de Warwick.
Los investigadores de Warwick analizaron las limitaciones físicas del diseño actual de la mayoría de las células solares comerciales que imponen un límite absoluto a su eficiencia. La mayoría de las células solares comerciales están formadas por dos capas que crean en su límite una unión entre dos tipos de semiconductores, tipo p con portadores de carga positiva (huecos que pueden llenarse con electrones) y tipo n con portadores de carga negativa (electrones).
Cuando se absorbe la luz, la unión de los dos semiconductores sostiene un campo interno que divide los portadores fotoexcitados en direcciones opuestas, generando una corriente y voltaje a través de la unión. Sin tales uniones, la energía no se puede recolectar y los portadores fotoexpuestos simplemente se recombinarán rápidamente eliminando cualquier carga eléctrica.
Esa unión entre los dos semiconductores es fundamental para obtener energía de una celda solar de este tipo, pero tiene un límite de eficiencia. Este límite Shockley-Queisser significa que de toda la energía contenida en la luz solar que cae sobre una celda solar ideal en condiciones ideales, solo un máximo del 33,7% puede convertirse en electricidad.
Sin embargo, existe otra forma en que algunos materiales pueden recolectar cargas producidas por los fotones del sol o de otros lugares. El efecto fotovoltaico a granel ocurre en ciertos semiconductores y aislantes donde su falta de simetría perfecta alrededor de su punto central (su estructura no centrosimétrica) permite la generación de voltaje que puede ser realmente mayor que la banda prohibida de ese material (la banda prohibida es la brecha). entre la banda de valencia el rango más alto de energías electrónicas en el que los electrones están normalmente presentes a la temperatura del cero absoluto y la banda de conducción donde la electricidad puede fluir).
Desafortunadamente, los materiales que se sabe que exhiben el efecto fotovoltaico anómalo tienen eficiencias de generación de energía muy bajas. y nunca se utilizan en sistemas prácticos de generación de energía.
El equipo de Warwick se preguntó si era posible tomar los semiconductores que son efectivos en las células solares comerciales y manipularlos o empujarlos de alguna manera para que ellos también puedan ser forzados a una estructura no centrosimétrica y posiblemente, por lo tanto, también se beneficien del efecto fotovoltaico masivo. .
Profesora Marin Alexe, Universidad de Warwick. Crédito:Universidad de Warwick
Para este artículo, decidieron intentar literalmente dar forma a tales semiconductores utilizando puntas conductoras de dispositivos de microscopía de fuerza atómica a un "nano-indentador" que luego utilizaron para exprimir y deformar cristales individuales de titanato de estroncio (SrTiO3), Dióxido de titanio (TiO2), y silicio (Si).
Descubrieron que los tres podrían deformarse de esta manera para darles también una estructura no centrosimétrica y que, de hecho, podían dar el efecto fotovoltaico a granel.
El profesor Marin Alexe de la Universidad de Warwick dijo:
"Ampliar la gama de materiales que pueden beneficiarse del efecto fotovoltaico a granel tiene varias ventajas:no es necesario formar ningún tipo de unión; se puede seleccionar cualquier semiconductor con mejor absorción de luz para las células solares, y finalmente, el límite termodinámico final de la eficiencia de conversión de energía, el llamado límite de Shockley-Queisser, se puede superar. Existen desafíos de ingeniería, pero debería ser posible crear células solares en las que un campo de puntas simples de vidrio (cien millones por cm2) podría mantenerse en tensión para deformar suficientemente cada cristal semiconductor. Si tal ingeniería futura pudiera agregar incluso un solo punto porcentual de eficiencia, sería de inmenso valor comercial para los fabricantes de células solares y los proveedores de energía ".
