El silicio está fácilmente disponible, fácil de procesar, altamente estable y no tóxico. También es uno de los mejores materiales para fabricar células solares. La alta calidad y pureza del silicio necesarias para fabricar las células solares basadas en silicio más eficientes, sin embargo, ha dificultado la reducción de los costes de producción de esta tecnología de energía renovable. Un enfoque que podría reducir los costos es utilizar una película de silicio microscópicamente delgada con una superficie texturizada para mejorar la absorción de la luz. Navab Singh del Instituto A * STAR de Microelectrónica y sus colaboradores ahora han destacado varios factores clave que afectan la eficiencia de conversión de energía de las células solares de película delgada con textura superficial y han creado un diseño de "nanopilares" que maximiza la absorción de luz y minimiza la producción. costos.

Las células solares de silicio de película delgada de mejor rendimiento en la actualidad tienen eficiencias que son aproximadamente la mitad de las de las células solares de silicio a granel convencionales. “Al investigar una variedad de diseños de nanopilares verticales apropiados, podemos mejorar la eficiencia de captura y recolección de luz de las películas delgadas para compensar la pérdida de eficiencia causada por la reducción de la calidad y cantidad del material, ”Dice Singh.

Los investigadores investigaron varios factores que podrían afectar el rendimiento de una célula solar de película delgada. Estos factores incluyen el diámetro y la longitud del nanopilar, así como el espaciado entre nanopilares (ver imagen). De igual importancia es el diseño de las capas cargadas positiva y negativamente en las células solares que se necesitan para separar los portadores eléctricos creados por la luz absorbida.

Las simulaciones de los investigadores mostraron que el grosor de la capa cargada negativamente en el lado exterior de los pilares debería ser lo más delgado posible para reducir la absorción "parasitaria":la aniquilación de los portadores generados por la luz antes de que crucen la unión entre las capas donde contribuirían a la generación de energía eléctrica. También encontraron que un diseño de unión axial en el que la unión entre las capas positiva y negativa se limita a la parte superior de los pilares conduce a un voltaje de circuito abierto más alto en comparación con las estructuras de unión radial más convencionales en las que la capa negativa envuelve todo pilares. Sin embargo, encontraron que lo contrario era cierto para la corriente de circuito abierto.

Singh y sus colaboradores, por lo tanto, muestran que se necesita un equilibrio de estos factores para optimizar los diseños para la eficiencia de conversión de luz en energía en estructuras de película delgada con textura superficial. lo que eventualmente podría conducir a células solares de silicio de película delgada que sean capaces de igualar la eficiencia de las células solares de silicio monocristalino más caras.