Un grupo de investigación de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) ha desarrollado un método para fabricar una célula solar de alta eficiencia de materiales utilizando nanocables semiconductores. Si se coloca encima de una celda solar tradicional basada en silicio, podría potencialmente duplicar la eficiencia de las celdas solares de slicio actuales a bajo costo.
“Tenemos un nuevo método para usar material de arseniuro de galio (GaAs) de una manera muy eficaz a través de la nanoestructuración, por lo que podemos hacer que las células solares sean mucho más eficientes utilizando solo una pequeña fracción del material que se usa normalmente”, dijo el Dr. Anjan Mukherjee, candidato en el Departamento de Sistemas Electrónicos. Mukherjee es el principal desarrollador de la técnica.
El arseniuro de galio (GaAs) es el mejor material para fabricar células solares de alta eficiencia debido a su extraordinaria absorción de luz y características eléctricas. Se usa comúnmente para fabricar paneles solares principalmente para uso en el espacio.
Sin embargo, los componentes de células solares de GaAs de alta calidad son bastante costosos de fabricar, lo que ha impulsado la demanda de técnicas que puedan reducir el uso del material. En los últimos años, se ha descubierto que una estructura de nanocables puede mejorar potencialmente la eficiencia de las células solares en comparación con las células solares planas estándar, incluso si se utiliza menos material.
“Nuestro grupo de investigación ha encontrado una nueva forma de fabricar una celda solar con una relación de potencia por peso ultra alta que es más de 10 veces más eficiente que cualquier otra celda solar, mediante el uso de GaAs en una estructura de nanocables”, dice Helge Weman, profesor en el Departamento de Sistemas Electrónicos de NTNU.
La investigación del grupo se ha publicado en ACS Photonics, una revista de la American Chemical Society.
Método pionero
Las células solares de GaAs se cultivan con mayor frecuencia en un sustrato de GaAs grueso y costoso, lo que deja poco espacio para reducir los costos.
“Nuestro método utiliza una estructura de matriz de nanocables semiconductores verticalmente en una plataforma de silicio barata y favorable a la industria para hacer crecer los nanocables”, dijo Weman.
“La solución más rentable y eficiente es hacer crecer una celda en tándem doble, con una celda de nanocables de GaAs en la parte superior cultivada en una celda de silicio inferior, lo que evita el uso de un sustrato costoso de GaAs. Hemos trabajado para minimizar el costo de el crecimiento de la celda superior de nanocables de GaAs, porque el costo de fabricación de GaAs es uno de los principales problemas que actualmente frena la tecnología”, explica Weman.
“La pequeña huella de la estructura del nanoalambre proporciona un beneficio adicional, porque permite una alta calidad en los cristales en el nanoalambre y en la interfaz con el silicio. Esto ayuda a mejorar el rendimiento de la célula solar”, dijo Bjorn-Ove Fimland, profesor de el mismo departamento.
El desarrollo de esta tecnología puede ser sencillo y rentable con inversiones adecuadas y proyectos de I+D a escala industrial.
“Cultivamos los nanocables usando un método llamado MBE (epitaxia de haz molecular), que no es una herramienta que pueda producir materiales en un gran volumen. Sin embargo, es posible producir estas células solares basadas en nanocables a gran escala utilizando un -herramienta de escala como MOCVD (deposición de vapor orgánico metálico)”, dijo Mukherjee.
La integración de este producto en la parte superior de una celda de Si puede mejorar potencialmente la eficiencia de la celda solar hasta en un 40%, lo que significaría una duplicación de la eficiencia en comparación con las celdas solares de silicio comerciales actuales.
Adecuado para viajes espaciales
Los investigadores dicen que su enfoque podría adaptarse para que los nanocables crezcan en diferentes sustratos, lo que podría abrir la puerta a muchas otras aplicaciones.
“Estamos explorando el cultivo de este tipo de estructura de nanocables livianos en sustratos bidimensionales atómicamente delgados como el grafeno. Esto podría abrir enormes oportunidades para producir células solares ligeras y flexibles que se pueden utilizar en drones autoamplificados, microsatélites y otras aplicaciones espaciales”, dijo Mukherjee.
Fuente: Tech Xplore.
