Las células solares han recorrido un largo camino, pero barato, Las células solares de película delgada todavía son mucho más caras, células solares cristalinas en eficiencia. Ahora, un equipo de investigadores sugiere que el uso de dos películas delgadas de diferentes materiales puede ser el camino a seguir para crear asequibles, celdas de película delgada con aproximadamente un 34% de eficiencia.

"Hace diez años sabía muy poco sobre las células solares, pero me quedó claro que eran muy importantes, "dijo Akhlesh Lakhtakia, Profesor de la Universidad Evan Pugh y Profesor Charles Godfrey Binder de Ingeniería y Mecánica, Penn State.

Investigando el campo, descubrió que los investigadores se acercaban a las células solares desde dos lados, el lado óptico, que observa cómo se recolecta la luz del sol, y el lado eléctrico, que observa cómo la luz solar recolectada se convierte en electricidad. Los investigadores ópticos se esfuerzan por optimizar la captura de luz, mientras que los investigadores eléctricos se esfuerzan por optimizar la conversión a electricidad, ambos lados simplificando el otro.

"Decidí crear un modelo en el que tanto los aspectos eléctricos como los ópticos se tratarán por igual, ", dijo Lakhtakia." Necesitábamos aumentar la eficiencia real, porque si la eficiencia de una célula es inferior al 30%, no hará ninguna diferencia ". Los investigadores informan sus resultados en una edición reciente de Letras de física aplicada .

Lakhtakia es un teórico. No hace películas delgadas en un laboratorio, pero crea modelos matemáticos para probar las posibilidades de configuraciones y materiales para que otros puedan probar los resultados. El problema, él dijo, fue que la estructura matemática de optimizar la óptica y la eléctrica son muy diferentes.

Las células solares parecen ser dispositivos simples, él explicó. Una capa superior transparente permite que la luz solar caiga sobre una capa de conversión de energía. El material elegido para convertir la energía, absorbe la luz y produce corrientes de electrones cargados negativamente y agujeros cargados positivamente que se mueven en direcciones opuestas. Las partículas con cargas diferentes se transfieren a una capa de contacto superior y una capa de contacto inferior que canalizan la electricidad fuera de la celda para su uso. La cantidad de energía que puede producir una célula depende de la cantidad de luz solar recogida y de la capacidad de la capa de conversión. Diferentes materiales reaccionan y convierten diferentes longitudes de onda de luz.

"Me di cuenta de que para aumentar la eficiencia teníamos que absorber más luz, ", dijo Lakhtakia." Para hacer eso, tuvimos que hacer que la capa absorbente no sea homogénea de una manera especial ".

Esa forma especial fue utilizar dos materiales absorbentes diferentes en dos películas delgadas diferentes. Los investigadores eligieron CIGS disponibles comercialmente (diselenuro de cobre, indio, galio) y CZTSSe (seleniuro de cobre, zinc, estaño y azufre) para las capas. Por sí mismo, La eficiencia de CIGS es de aproximadamente el 20% y la de CZTSSe es de aproximadamente el 11%.

Estos dos materiales funcionan en una celda solar porque la estructura de ambos materiales es la misma. Tienen aproximadamente la misma estructura de celosía, para que se puedan cultivar uno encima del otro, y absorben diferentes frecuencias del espectro, por lo que deberían aumentar la eficiencia, según Lakhtakia.

"Fue increíble, ", dijo Lakhtakia." Juntos produjeron una celda solar con una eficiencia del 34%. Esto crea una nueva arquitectura de células solares, capa tras capa. Otros que realmente pueden fabricar células solares pueden encontrar otras formulaciones de capas y tal vez hacerlo mejor ".

Según los investigadores, el siguiente paso es crearlos de forma experimental y ver cuáles son las opciones para obtener el resultado final, mejores respuestas.