(Phys.org) —Los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. Han producido células solares utilizando técnicas de nanotecnología con una eficiencia del 18,2% que es competitiva. El avance debería ser un paso importante para ayudar a reducir el costo de la energía solar.

NREL adaptó una superficie nanoestructurada al tiempo que garantiza que la electricidad generada por la luz aún se pueda recolectar de manera eficiente de la celda solar. Los investigadores crearon nanoislas de plata en una oblea de silicio y la sumergieron brevemente en líquidos para hacer miles de millones de orificios de tamaño nanométrico en cada pulgada cuadrada de la superficie de la oblea de silicio. Los agujeros y las paredes de silicio son más pequeños que las longitudes de onda de la luz que los golpean. para que la luz no reconozca ningún cambio repentino de densidad en la superficie y, por lo tanto, no se refleje en la atmósfera como energía desperdiciada. Los investigadores controlaron las nanoformas y la composición química de la superficie para alcanzar eficiencias récord de células solares para este material de "silicio negro".

El papel, "Una célula solar de silicio negro con una eficiencia del 18,2% lograda mediante el control de la recombinación de portadores en nanoestructuras" por Jihun Oh de NREL, Hao-Chih Yuan, y Howard Branz, actualmente aparece en Nanotecnología de la naturaleza sitio web.

Típicamente, Los fabricantes de células solares deben agregar una capa antirreflectante adicional, o dos, a sus celdas, lo que aumenta los costos de manera significativa.

NREL había demostrado previamente que sus nanoestructuras reflejaban menos luz que las mejores capas antirreflectantes de una célula solar. Pero hasta ahora no habían podido lograr una eficiencia general con sus celdas de silicio negro que podrían acercarse a las mejores marcas para otras celdas de silicio.

Oh, Yuan, y Branz, Primero tenía que determinar por qué el aumento de la superficie de las nanoestructuras reducía drásticamente la recolección de electricidad y dañaba el voltaje y la corriente de las células.

Sus experimentos demostraron que el área de superficie alta, y especialmente un proceso llamado recombinación Auger, limitar la colección de fotones en la mayoría de las células solares nanoestructuradas. Llegaron a la conclusión de que esta recombinación Auger se produce cuando muchas de las impurezas dopantes introducidas para hacer que la célula funcione atraviesan la superficie nanoestructurada.

Este conocimiento científico les permitió suprimir la recombinación de Auger con un dopaje más ligero y menos profundo. Combinando este dopaje más ligero con nanoformas ligeramente más suaves, pueden construir una celda solar de 18,2% de eficiencia que es negra pero que responde casi idealmente a casi todo el espectro solar.

El Departamento de Energía financió la subvención de investigación a través de la Ley de Reinversión y Recuperación de Estados Unidos.

Branz, el investigador principal de la subvención, dijo, "Este trabajo puede tener un gran impacto tanto en las células solares convencionales como en las emergentes basadas en nanocables y nanoesferas. Por primera vez muestra que se pueden fabricar células solares realmente grandiosas a partir de semiconductores nanoestructurados".

Branz agregado, "Los próximos desafíos son trasladar estos resultados a la práctica industrial común y luego obtener una eficiencia superior al 20%. Después de eso, Espero ver este tipo de técnicas de nanoestructuración utilizadas en células mucho más delgadas para utilizar menos material semiconductor ".

"Ahora tenemos un estudio claro que muestra cómo la optimización de la superficie y el dopaje juntos pueden dar una mejor eficiencia". Yuan dijo:"El área de la superficie y la concentración de dopaje cerca de la superficie afectan el rendimiento de las células solares nanoestructuradas".

Primer autor, Oh, un becario postdoctoral de NREL dijo que el estudio de NREL "muestra claramente que la combinación correcta de una superficie cuidadosamente nanoestructurada y un buen procesamiento puede reducir el costo y reducir los reflejos no deseados de la luz solar".