Los paneles solares ofrecen un gran potencial para alejar a más personas de la electricidad generada por la quema de carbón, y una nueva innovación ideada por científicos representa más del doble de la cantidad de luz capturada por las células solares convencionales.
En un nuevo estudio, un equipo de científicos del Reino Unido, Portugal y Brasil descubrió que grabar un patrón poco profundo de líneas de rejilla en un diseño de tablero de ajedrez en las células solares puede mejorar la corriente generada por el silicio cristalino (c-Si) hasta 125%.
“Encontramos un truco simple para impulsar la absorción de células solares delgadas”, explica el investigador en energía fotovoltaica Christian Schuster de la Universidad de York.
“Nuestras investigaciones muestran que nuestra idea en realidad rivaliza con la mejora de la absorción de diseños más sofisticados, al mismo tiempo que absorbe más luz en la profundidad del plano y menos luz cerca de la estructura de la superficie”.
Hasta ahora, los intentos comparables que usaban diseños de rejilla simples solo habían producido ganancias marginales en la absorción de la luz solar, dice el equipo.
Esto ha llevado a ajustes estructurales teóricamente más complicados, sin mencionar todo tipo de diseños alternativos basados en la energía solar, incluidos los paneles antisolares, las algas recolectoras de luz y las células solares transparentes.
Si bien cada descubrimiento es su propio avance legítimo hacia un mundo menos dependiente (y en última instancia, no) de los combustibles fósiles, Schuster y su equipo dicen que incluso ajustes muy simples a la tecnología de células solares existente podrían aumentar significativamente nuestra capacidad para obtener energía del sol.
En lugar de buscar nuevos diseños estructurales basados en texturas naturales o algoritmos computacionales, los investigadores se centraron en identificar qué consideraciones teóricas básicas permitirían un patrón optimizado para la dispersión y difracción de la luz solar.
Su objetivo era hacer que una célula solar absorbiera más energía atrapando más luz solar, mientras se reflejaba menos lejos de sí misma.
Su modelado sugiere que las líneas de rejilla, dispuestas en una estructura cuasialeatoria periódica simple optimizan el rendimiento de un “dominio fotónico”: la región dentro de una estructura fotónica en la que un elemento difractivo básico se organiza periódicamente de forma unidimensional.
En un experimento, el equipo simuló el rendimiento de un dominio fotónico con patrón de tablero de ajedrez, hecho de una losa de silicio cristalino de solo 1 micrómetro de espesor (varias veces más delgado que una hebra de tela de araña), y lo comparó con otros tipos de diseños de células solares. incluyendo una celda plana lisa, líneas de rejilla verticales, líneas cruzadas y otras.
Los resultados sugirieron que el tablero de ajedrez con rotaciones aleatorias de sus unidades repetidas genera más corriente que cualquiera de las células de la competencia, y genera aproximadamente un 125% más que una célula solar convencional sin un diseño de línea de rejilla.
Además, debido a su simplicidad inherente, el equipo dice que el diseño de tablero de ajedrez podría ser más fácil de fabricar a escala industrial y también más robusto que otros patrones de células solares nanoestructuradas más complejos.
“Nuestra regla de diseño cumple con todos los aspectos relevantes de la captura de luz para las células solares, despejando el camino para estructuras difractivas simples, prácticas y, sin embargo, sobresalientes, con un impacto potencial más allá de las aplicaciones fotónicas”, dice Schuster.
“Este diseño ofrece potencial para integrar aún más las células solares en materiales más delgados y flexibles y, por lo tanto, crear más oportunidades para utilizar la energía solar en más productos”.
Los investigadores reconocen que sus resultados modelados podrían resultar algo menos impresionantes en el mundo real, una vez que se implementen las medidas de fabricación, dependiendo de ciertos materiales utilizados para fabricar y encapsular las células. Cambiar la profundidad de grabado o el tamaño de las losas también tendría un efecto.
Aún así, el equipo dice que los principios de diseño que han señalado aquí podrían generar impactos positivos en los diseños de células solares, y también en áreas relacionadas que también dependen de funciones físicas disruptivas similares a la difracción de luz, como escudos de ruido acústico, paneles cortavientos. , superficies antideslizantes y más.
Además, al fabricar células solares tan delgadas con un diseño de tablero de ajedrez, la rentabilidad de los recursos utilizados para la fabricación de células podría multiplicarse por 10, piensa el equipo.
“En principio, desplegaríamos 10 veces más energía solar con la misma cantidad de material absorbente”, dice Schuster.
“Las células solares diez veces más delgadas podrían permitir una rápida expansión de la energía fotovoltaica, aumentar la producción de electricidad solar y reducir en gran medida nuestra huella de carbono”.
Este artículo es una traducción de otro publicado en Science Alert. Puedes leer el texto original haciendo clic aquí.
