(Phys.org) —En energía fotovoltaica, generalmente hay una compensación en términos de espesor de semiconductores, con semiconductores más gruesos que ofrecen una mejor absorción de fotones y otros más delgados que ofrecen una mayor eficiencia de extracción del portador de carga. En años recientes, los científicos han comenzado a investigar células solares de nanocables semiconductores, que abordan esta compensación a través de resonancias dependientes de la morfología que mejoran significativamente la absorción en comparación con una película plana.

Ahora, algo contradictorio, Los científicos han descubierto teóricamente que las películas semiconductoras delgadas envueltas alrededor de nanocables metálicos tienen propiedades de absorción de luz sustancialmente mejores que los nanocables semiconductores sólidos. a pesar de que utilizan menos material semiconductor. Al mismo tiempo, el núcleo de metal actúa como un contacto para extraer eficientemente los portadores de carga. Al hacer frente a la compensación del grosor de los semiconductores y ofrecer un rendimiento excepcional, las nanoestructuras podrían convertirse en bloques de construcción ideales para aplicaciones económicas de combustibles solares y fotovoltaicos.

Un documento sobre los nuevos dispositivos de Sander A. Mann y Erik C. Garnett en el Centro de Nanofotónica del Instituto FOM AMOLF en Ámsterdam, Los países bajos, se publicará en un futuro número de Nano letras .

"El mayor significado para nuestro trabajo es que proporcionamos un diseño para bloques de construcción de nanocables que incorpora excelentes propiedades de captura de luz y un contacto de electrodo de metal local (para extracción de corriente), "Garnett dijo Phys.org . "Las redes de nanocables de plata ya se han utilizado como electrodos transparentes de alto rendimiento y esperamos que recubriéndolos con delgadas capas semiconductoras podamos fabricar células solares de alta eficiencia utilizando materiales baratos. Ahora se ha observado en varios artículos que nanoestructurar un material puede aumentar la absorción de luz incluso cuando se usa menos material semiconductor. Sin embargo, este documento da el siguiente paso y comienza a pensar en cómo diseñar tales estructuras con contactos eléctricos integrados ".

Una de las mayores ventajas del diseño es que utiliza películas semiconductoras muy delgadas y, al mismo tiempo, proporciona una muy buena absorción de la luz. Como se mencionó, Se necesitan capas gruesas de semiconductores para una buena absorción de la luz. pero los semiconductores de alta calidad son muy costosos. Esta nueva geometría núcleo-capa abre un camino para el uso económico, abundante, y semiconductores ecológicos que anteriormente eran de muy baja calidad para una buena extracción de carga.

En objetos semiconductores más pequeños que la longitud de onda de la luz, como es el caso de la mayoría de los nanocables para fines fotovoltaicos, las propiedades ópticas están determinadas principalmente por resonancias. Estas resonancias mejoran más la absorción cuando están acopladas críticamente:las tasas de pérdida debidas a la absorción en el semiconductor y debidas a la fuga radiativa (la luz que escapa del nanoalambre antes de ser absorbida) son iguales. Este suele ser el caso cerca de la banda prohibida del material, donde la absorción es débil, lo que conduce al resultado altamente contradictorio de que la absorción en el nanoalambre realmente aumenta cuando el coeficiente de absorción disminuye.

Como explican los científicos, en la geometría núcleo-capa, La absorción de luz extrema surge del aumento del número y la fuerza de estas resonancias. Mientras que en los nanocables horizontales las resonancias están siempre separadas espectralmente (a diferentes longitudes de onda), en la geometría núcleo-caparazón pueden superponerse. Es más, Los nanocables semiconductores sólidos horizontales son muy sensibles a la polarización, pero esto no es deseable ya que la luz del sol no está polarizada. La geometría núcleo-capa se deshace de esta dependencia de polarización alineando resonancias en ambas polarizaciones simultáneamente.

En general, demostrando que se puede lograr una excelente absorción de la luz en capas semiconductoras muy delgadas, esta nanoestructura híbrida ofrece un nuevo y emocionante camino hacia la realización de tecnologías solares económicas basadas en semiconductores abundantes y respetuosos con el medio ambiente. Los investigadores planean fabricar prototipos de los dispositivos pronto.

"Nuestros planes inmediatos son fabricar células solares de un solo nanocable y de matriz basadas en estos bloques de construcción de núcleo y capa para verificar nuestros cálculos experimentalmente, "Dijo Garnett.

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