Estructuras diminutas en 3D para aumentar la eficiencia de paneles solares

Un nuevo método para fabricar con mejoras un tipo de células solares podría aumentar considerablemente su eficiencia. Esas células solares no solo están formadas por capas finas, sino que también constan de nanobloques dispuestos con una configuración específica.

Las células solares disponibles en el mercado están hechas en su mayoría de silicio. Teniendo en cuenta las propiedades del silicio, no es posible afirmar que su eficiencia pueda aumentar indefinidamente, tal como señala Akash Bhatnagar, físico de la Universidad Martín Lutero de Halle-Wittenberg en Alemania. Por eso, él y sus colegas están estudiando el llamado efecto fotovoltaico anómalo que se produce en ciertos materiales.

El efecto fotovoltaico anómalo no requiere una unión P-N que, en condiciones normales, permite el flujo de corriente en las células solares de silicio. La dirección de la corriente está determinada a nivel atómico por la estructura cristalina asimétrica de los materiales correspondientes. Estos materiales suelen ser óxidos, que tienen algunas ventajas cruciales: son más fáciles de fabricar y mucho más duraderos. Sin embargo, no suelen absorber mucha luz solar y tienen una resistencia eléctrica muy alta. Para aprovechar estos materiales y su efecto, se necesitan arquitecturas celulares creativas que refuercen las ventajas y compensen los inconvenientes, tal como explica Lutz Mühlenbein, del equipo internacional de investigación de Bhatnagar.

En su nuevo estudio, los físicos introdujeron una novedosa arquitectura de célula solar, concretamente un material compuesto nanométrico. En su experimento, los investigadores apilaron capas simples de un material típico de solo unos pocos nanómetros de grosor una encima de otra y las complementaron con tiras de óxido de níquel dispuestas perpendicularmente. "Las tiras actúan como un carril rápido para los electrones que se generan cuando la luz solar se convierte en electricidad y que deben llegar al electrodo de la célula solar", explica Bhatnagar. Este es precisamente el transporte que, de otro modo, se vería severamente entorpecido al tener que atravesar los electrones cada capa horizontal individual.

Esta representación esquemática muestra la nueva estructura: las franjas de óxido de níquel discurren perpendiculares a las capas del material principal, sirviendo de vía de paso para los electrones. (Imagen: Lutz Mühlenbein)

La nueva arquitectura multiplicó por cinco la producción eléctrica de la célula.

El estudio, titulado “Nanocomposites with Three-Dimensional Architecture and Impact on Photovoltaic Effect”, se ha publicado en la revista académica Nano Letters. (Fuente: NCYT de Amazings)