(Phys.org) - El uso de una forma exótica de silicio podría mejorar sustancialmente la eficiencia de las células solares, según simulaciones por computadora realizadas por investigadores de la Universidad de California, Davis, y en Hungría. El trabajo fue publicado el 25 de enero en la revista Cartas de revisión física .

Las células solares se basan en el efecto fotoeléctrico:un fotón, o partícula de luz, golpea un cristal de silicio y genera un electrón cargado negativamente y un agujero cargado positivamente. La recolección de esos pares de agujeros de electrones genera corriente eléctrica.

Las células solares convencionales generan un par de agujeros de electrones por fotón entrante, y tener una eficiencia máxima teórica del 33 por ciento. Una nueva y emocionante ruta para mejorar la eficiencia es generar más de un par electrón-hueco por fotón, dijo Giulia Galli, profesor de química en UC Davis y coautor del artículo.

"Este enfoque es capaz de aumentar la eficiencia máxima al 42 por ciento, más allá de cualquier célula solar disponible en la actualidad, que sería un gran problema, "dijo el autor principal Stefan Wippermann, investigador postdoctoral en UC Davis.

"De hecho, Hay razones para creer que si se utilizan espejos parabólicos para enfocar la luz del sol en una célula solar de nuevo paradigma, su eficiencia podría alcanzar hasta el 70 por ciento, "Dijo Wippermann.

Galli dijo que las nanopartículas tienen un tamaño de nanómetros, por lo general, solo unos pocos átomos de ancho. Debido a su pequeño tamaño, muchas de sus propiedades son diferentes de las de los materiales a granel. En particular, la probabilidad de generar más de un par electrón-hueco aumenta mucho, impulsado por un efecto llamado "confinamiento cuántico". Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos están realizando experimentos para explorar este paradigma, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden, Colo., así como en UC Davis.

"Pero con nanopartículas de silicio convencional, el paradigma funciona solo en luz ultravioleta, ", Dijo Wippermann." Este nuevo enfoque será útil sólo cuando se demuestre que funciona a la luz del sol visible ".

Los investigadores simularon el comportamiento de una estructura de silicio llamada silicio BC8, que se forma a alta presión pero es estable a presiones normales, tanto como el diamante es una forma de carbono formado a alta presión pero estable a presiones normales.

Las simulaciones por computadora se realizaron a través del Centro Nacional de Supercomputación Científica de Investigación Energética en el Laboratorio Lawrence Berkeley. que otorgó al proyecto 10 millones de horas de tiempo de supercomputadora.

Las simulaciones demostraron que las nanopartículas de silicio BC8 generan múltiples pares de agujeros de electrones por fotón, incluso cuando se exponen a la luz visible.

"Esto es más que un ejercicio académico. Un artículo de Harvard-MIT mostró que cuando las células solares de silicio normales se irradian con luz láser, la energía que emite el láser puede crear una presión local lo suficientemente alta como para formar nanocristales BC8. Por lo tanto, El tratamiento con láser o presión química de las células solares existentes puede convertirlas en estas células de mayor eficiencia. "dijo el coautor Gergely Zimanyi, profesor de física en UC Davis.