Una capa de nanocristales de silicio e iones de erbio puede ayudar a las células solares a extraer más energía del ultravioleta (UV, alta energía) parte del espectro solar. Físicos experimentales de la Fundación FOM, la STW Technology Foundation y la Universidad de Amsterdam publicaron esta noticia en Comunicaciones de la naturaleza el 13 de agosto de 2014. Cuando las células solares convencionales de silicio absorben la luz ultravioleta, gran parte de su energía se pierde en forma de calor. Los investigadores demostraron que este exceso de energía se puede utilizar para excitar múltiples iones de erbio. Esto hace que los iones emitan luz, que luego se puede convertir en electricidad.

Las células solares convencionales solo pueden convertir una pequeña parte del espectro solar en electricidad de manera eficiente. Las partículas de luz de baja energía (fotones) no se absorben, ya que no tienen suficiente energía para salvar la banda prohibida del material del que están hechas las células solares. Por el contrario, se pueden absorber fotones de alta energía, pero en solo unos picosegundos (10 ^-12 segundos) gran parte de su energía se transforma en calor. Esto limita la eficiencia máxima a solo el 30 por ciento.

Rápido y eficiente

Saba Saeed y sus colegas han demostrado ahora que la eficiencia de conversión se puede incrementar potencialmente haciendo un mejor uso de la energía contenida en estos fotones de alta energía. Esto se puede lograr con una capa de dióxido de silicio, nanocristales de silicio (partículas con un tamaño de una milmillonésima parte de un metro) e iones de erbio. Los nanocristales de silicio transfieren su exceso de energía a los iones de erbio, antes de que se pierda en forma de calor. Esto conduce a la emisión de varios fotones infrarrojos de baja energía por fotón absorbido, que puede producir electricidad adicional. En comparación con los concentradores de luz solar, que a veces también utilizan metales de tierras raras como el erbio, esta técnica tiene la perspectiva de una mayor eficiencia.

Modelador espectral

Si bien el proceso se ha demostrado experimentalmente, todavía no se ha utilizado en una arquitectura fotovoltaica (una célula solar). En el futuro, una capa de nanocristales de silicio e iones de erbio podría colocarse encima de las células solares como un 'modelador espectral', para mejorar su eficiencia. Los 'formadores espectrales' convertirían fotones UV de alta energía en varios fotones de baja energía, que luego se puede utilizar para generar electricidad en una celda solar.

El estudio de seguimiento se centrará en un mayor refinamiento de las capas de conversión ajustando el tamaño y el espaciado de los nanocristales de silicio. la concentración y el tipo de ion de tierras raras, y optimizando el espesor de la capa. También se investigará si tal 'formador espectral' puede integrarse en la capa de revestimiento antirreflectante que cubre cada célula solar.