Estudios recientes han revelado que los nanocables semiconductores ofrecen ventajas únicas para una amplia gama de aplicaciones. Un proyecto financiado con fondos europeos está abriendo nuevos caminos en el avance hacia la recolección de energía sostenible y eficiente mediante la explotación de las propiedades inusuales de estas estructuras diminutas pero altamente controladas.

Con nuevas tecnologías radicales que cambian la forma en que se genera y utiliza la electricidad, Uno de los temas más importantes será aumentar la eficiencia y reducir el costo de la energía producida.

La nanotecnología abre rutas fundamentalmente novedosas para abordar los desafíos anteriores. En particular, Los nanocables semiconductores son aclamados como un supermaterial revolucionario que puede aumentar la rentabilidad. reduciendo al mismo tiempo la cantidad de material necesario para la conversión de energía.

Estimulado por el emocionante potencial de los nanocables, investigadores establecieron el proyecto PHD4ENERGY. El proyecto brindó la oportunidad a 12 Ph.D. estudiantes para realizar investigaciones interdisciplinarias colaborativas en el campo de la nanociencia.

Células solares de unión múltiple, LED sin fósforo

Durante los últimos años, La investigación sobre nanocables semiconductores ha ayudado a mejorar la comprensión de la estructura a escala atómica y a revelar nuevos fenómenos físicos a escala nanométrica. "Los nanocables semiconductores ofrecen la posibilidad de combinar fácilmente materiales en el crecimiento epitaxial. Por ejemplo, Esto permite una mayor libertad en la elección del material al diseñar múltiples uniones o heteroestructuras en contraste con los dispositivos planos y, por lo tanto, podría conducir a mayores eficiencias en estructuras más simples. "señala el profesor Linke Heiner.

"Las microgrietas que se forman en los módulos de células solares planas cuando los materiales no encajan son una de las principales fuentes de pérdidas de energía, "explica con más detalle Heiner. Otras ventajas al utilizar nanocables incluyen la capacidad de ajustar su interacción con la luz. Las nanoestructuras son absorbentes eficientes de luz y pueden actuar como 'antenas', cosechar mucha más luz y, por lo tanto, puede utilizar mucho menos material, aumentar la sostenibilidad. El hecho de que puedan atraer la luz de su alrededor allana el camino para la energía fotovoltaica a gran escala que utiliza solo una fracción del material.

Aprovechando el diámetro pequeño y la geometría cilíndrica de pequeños cables hechos de semiconductores III-V, El equipo del proyecto diseñó con éxito estructuras de dispositivos únicas, como heterouniones axiales y radiales. La ventaja de este enfoque es que las propiedades conductoras se pueden modular a lo largo o en todo el radio del nanoalambre. Otro logro importante hacia la alta eficiencia, Las células solares de unión múltiple basadas en nanocables incluyen el diseño de diodos de túnel de nanocables conocidos como diodos Esaki para su uso en células solares en tándem.

Una parte importante de su trabajo se orientó hacia el diseño de estructuras LED de tamaño nanométrico. Para LED de luz visible, los nitruros III —nitruro de indio y galio— son muy adecuados con espacios de banda en el rango visible de energías fotónicas. Estos LED sin fósforo ayudaron a lograr una emisión de luz de longitud de onda más larga para la luz blanca.

Los investigadores también han realizado estudios exhaustivos sobre las ventajosas propiedades termoeléctricas de los nanocables. Por ejemplo, demostraron por primera vez en un experimento que el calor se puede convertir en electricidad con una eficiencia electrónica similar a la de las centrales eléctricas optimizadas.

En sintonía con todas las actividades dirigidas a la aplicación anteriores, el Ph.D. los estudiantes también exploraron la seguridad de sus nanocables, comprobando la posible toxicidad.

PHD4ENERGY investigó nuevos conceptos y tecnologías que señalan el camino hacia el desarrollo de sistemas fotovoltaicos de próxima generación y fuentes de luz eficientes. Con especial atención a las perspectivas de empleabilidad de los doctores, el proyecto promovió la colaboración entre los estudiantes y la industria a través de un programa de formación en la Universidad de Lund.

Un gran éxito fue también la Escuela de Verano 2016 Ph.D.4Energy sobre convertidores de energía a nanoescala que acogió a destacados conferenciantes invitados internacionalmente visibles. Asistieron un gran número de estudiantes de posgrado y posdoctorado.