Uno de los principales desafíos del mundo actual es la crisis energética. La alta demanda y la escasa oferta de combustibles fósiles están elevando los precios del petróleo y los alimentos. Las células solares basadas en silicio son una de las tecnologías más prometedoras para generar energía limpia y renovable. El uso de estos dispositivos para convertir solo una fracción de la luz solar que llega a la tierra cada día en electricidad podría reducir drásticamente la dependencia de la sociedad de los combustibles fósiles. Desafortunadamente, sin embargo, Los cristales de silicio de alta calidad exigen un gran cuidado durante el proceso de fabricación, haciendo del alto costo de producción resultante uno de los principales obstáculos en el camino hacia la comercialización.

Una forma de reducir el costo de producción de estas células solares es depositar capas de silicio sobre sustratos más baratos, como plástico o vidrio. Sin embargo, este enfoque tiene un inconveniente:las películas delgadas de silicio tienen menores eficiencias de conversión de energía que los cristales de silicio a granel porque absorben menos luz y contienen más defectos. Patrick Lo, del Instituto de Microelectrónica A * STAR, y sus colaboradores han descubierto ahora un enfoque para aumentar la eficiencia de conversión de energía de películas delgadas de silicio depositadas sobre sustratos baratos.

Las películas delgadas de silicio de baja calidad adolecen de un problema inherente:no pueden absorber fotones cuyas longitudes de onda son mayores que el espesor de su película. Por ejemplo, un estandar, Una película delgada de 800 nm de espesor puede capturar luz azul de longitud de onda corta, pero perderá por completo la luz roja de longitud de onda más larga. “Para mantener bajos los costos de los materiales y mejorar la eficiencia lumínica, el truco es atrapar más fotones, incluidos aquellos con longitudes de onda medias, ”Dice Lo.

Una forma de atrapar más fotones en la película delgada de silicio es tallar pequeños pilares de silicio, de cientos de nanómetros de tamaño, en la superficie del silicio (ver imagen). Lo explica que los nanopilares de silicio son como un bosque de árboles, en el que la luz entra y no puede salir fácilmente. "Cuando la luz incide en la superficie, rebota unas cuantas veces más a lo largo o dentro de los pilares antes de penetrar en la superficie plana inferior, ”, Dice. "Cada evento de rebote aumenta las posibilidades de absorción de fotones".

Lo y sus colaboradores utilizaron simulaciones por computadora para determinar la mejor configuración para extraer cargas eléctricas de las películas de silicio plagadas de defectos. Descubrieron que la parte superior de cada pilar se puede hacer extremadamente conductora mediante la introducción de grandes cantidades de dopantes. Lo y sus compañeros de trabajo ahora están utilizando estas pautas prácticas para diseñar un prototipo de este concepto único. “Trabajar con nanoestructuras es una manera maravillosa de abrir caminos que podrían superar los límites establecidos por la física convencional, ”, Señala.