Investigadores de la Fundación FOM, Universidad Tecnológica de Delft, Toyota Motor Europe y la Universidad de California han desarrollado una nanoestructura con la que pueden hacer que las células solares sean altamente eficientes. Los investigadores publicaron sus hallazgos el 23 de agosto de 2013 en la edición en línea de Comunicaciones de la naturaleza .

Las nanoestructuras inteligentes pueden aumentar el rendimiento de las células solares. Un equipo internacional de investigadores que incluye a físicos de la Fundación FOM, Universidad Tecnológica de Delft y Toyota, Ahora han optimizado las nanoestructuras para que la célula solar proporcione más electricidad y pierda menos energía en forma de calor.

Células solares

Una celda solar convencional contiene una capa de silicio. Cuando la luz del sol cae sobre esta capa, los electrones del silicio absorben la energía de las partículas de luz (fotones). Usando esta energía, los electrones saltan a través de una 'banda prohibida', como resultado de lo cual pueden moverse libremente y fluye la electricidad.

El rendimiento de una célula solar se optimiza si la energía del fotón es igual a la banda prohibida del silicio. Luz del sol, sin embargo, contiene muchos fotones con energías superiores a la banda prohibida. El exceso de energía se pierde en forma de calor, lo que limita el rendimiento de una célula solar convencional.

Nanoesferas

Hace varios años, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft, así como otros físicos, demostró que el exceso de energía aún podía aprovecharse. En pequeñas esferas de un material semiconductor, el exceso de energía permite que los electrones adicionales salten a través de la banda prohibida. Estas nanoesferas, los llamados puntos cuánticos, tener un diámetro de apenas una diezmilésima parte de un cabello humano.

Si una partícula de luz permite que un electrón en un punto cuántico cruce la banda prohibida, el electrón se mueve en el punto. Eso asegura que el electrón choca con otros electrones que posteriormente también saltan a través de la banda prohibida. Como resultado de este proceso, un solo fotón puede movilizar varios electrones multiplicando así la cantidad de corriente producida.

Contacto entre puntos cuánticos

Sin embargo, hasta ahora el problema era que los electrones quedaban atrapados en sus puntos cuánticos y por tanto no podían contribuir a la corriente en la célula solar. Eso se debió a las grandes moléculas que estabilizan la superficie de los puntos cuánticos. Estas grandes moléculas impiden que los electrones salten de un punto cuántico al siguiente, por lo que no fluye corriente.

En el nuevo diseño, los investigadores reemplazaron las moléculas grandes con moléculas pequeñas y llenaron el espacio vacío entre los puntos cuánticos con óxido de aluminio. Esto llevó a un contacto mucho mayor entre los puntos cuánticos, lo que permitió que los electrones se movieran libremente.

Producir

Utilizando espectroscopia láser, los físicos vieron que un solo fotón provocaba la liberación de varios electrones en el material que contenía puntos cuánticos enlazados. Todos los electrones que saltaron a través de la banda prohibida se movieron libremente en el material. Como resultado de esto, el rendimiento teórico de las células solares que contienen dichos materiales se eleva al 45%, que es más de un 10% más alto que una celda solar convencional.

Este tipo de célula solar más eficiente es fácil de producir:la estructura de nanoesferas unidas se puede aplicar a la célula solar como un tipo de pintura en capas. En consecuencia, las nuevas células solares no solo serán más eficientes sino también más baratas que las células convencionales.

Los investigadores holandeses ahora quieren trabajar con socios internacionales para producir células solares completas utilizando este diseño.