La luz solar reflejada por las células solares se pierde como energía no utilizada. Las alas de la mariposa Pachliopta aristolochiae están perforados por nanoestructuras (nanoagujeros) que ayudan a absorber la luz en un amplio espectro mucho mejor que las superficies lisas. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ahora han logrado transferir estas nanoestructuras a las células solares y, por lo tanto, mejorando su tasa de absorción de luz hasta en un 200 por ciento. Los científicos informan sus resultados en la revista. Avances de la ciencia .

“La mariposa estudiada por nosotros es de color negro muy oscuro. Esto significa que absorbe perfectamente la luz solar para una óptima gestión del calor. Aún más fascinantes que su apariencia son los mecanismos que ayudan a alcanzar la alta absorción. El potencial de optimización al transferir estas estructuras a la energía fotovoltaica (PV ) se encontró que los sistemas eran mucho más altos de lo esperado, "dice el Dr. Hendrik Hölscher del Instituto de Tecnología de Microestructura (IMT) de KIT.

Los científicos del equipo de Hendrik Hölscher y Radwanul H. Siddique (anteriormente KIT, ahora Caltech) reprodujo las nanoestructuras de la mariposa en la capa absorbente de silicio de una célula solar de película delgada. El análisis posterior de la absorción de luz arrojó resultados prometedores:en comparación con una superficie lisa, la tasa de absorción de la luz incidente perpendicular aumenta en un 97% y aumenta continuamente hasta alcanzar el 207% en un ángulo de incidencia de 50 grados. "Esto es particularmente interesante en las condiciones europeas. Con frecuencia, tenemos luz difusa que apenas incide sobre las células solares en ángulo vertical, ", Dice Hendrik Hölscher.

Sin embargo, esto no implica automáticamente que la eficiencia del sistema fotovoltaico completo se mejore por el mismo factor, dice Guillaume Gomard de IMT. "También juegan un papel otros componentes. Por lo tanto, el 200 por ciento debe considerarse un límite teórico para la mejora de la eficiencia ".

Antes de transferir las nanoestructuras a las células solares, Los investigadores determinaron el diámetro y la disposición de los nanoagujeros en el ala de la mariposa mediante microscopía electrónica de barrido. Luego, analizaron las tasas de absorción de luz para varios patrones de agujeros en una simulación por computadora. Descubrieron que los agujeros desordenados de diferentes diámetros, como los que se encuentran en la mariposa negra, produjo tasas de absorción más estables en todo el espectro en ángulos de incidencia variables, con respecto a nanoagujeros de tamaño único dispuestos periódicamente. Por eso, Los investigadores introdujeron orificios colocados desordenadamente en un absorbedor fotovoltaico de película delgada, con diámetros que varían de 133 a 343 nanómetros.

Los científicos demostraron que la producción de luz se puede mejorar considerablemente eliminando material. En el proyecto, trabajaron con silicio amorfo hidrogenado. Según los investigadores, sin embargo, cualquier tipo de tecnología fotovoltaica de película delgada se puede mejorar con tales nanoestructuras, también a escala industrial.

Los módulos fotovoltaicos de película fina representan una alternativa económicamente atractiva a las células solares de silicio cristalino convencionales, ya que la capa que absorbe la luz es más delgada en un factor de hasta 1000 y, por eso, se reduce el consumo de material. Todavía, las tasas de absorción de las capas delgadas están por debajo de las de las células de silicio cristalino. Por eso, se utilizan en sistemas que necesitan poca energía, como calculadoras de bolsillo o relojes. La absorción mejorada haría que las células de película delgada fueran mucho más atractivas para aplicaciones más grandes, como los sistemas fotovoltaicos en tejados.