Unos nanocables pueden aumentar el porcentaje de frecuencias disponibles para la conversión de energía solar

Un equipo de investigadores de los laboratorios Sandia quiere generar electricidad mediante células fotovoltáicas usando tantas longitudes de onda como sea posible consiguiendo el máximo de eficiencia posible. Si no, estarían aprovechando solo una pequeña parte de la gallina de los huevos de oro, gastando tiempo y dinero usando solo una pequeña parte de la energía que nos llega del Sol.

Por esta razón, ven el nitruro de galio indio como un valioso futuro material para sistemas fotovoltáicos. Cambiando la concentración de indio, permite a los investigadores ajustar la respuesta del material para poder recolectar energía solar de una mayor variedad de longitudes de onda. Cuantas más variedades se diseñen en el sistema, más cantidad del espectro solar podrá ser absorbida, llevando a un incremento de la eficiencia. El silicio, el material estándar actual, está limitado en el rango de longitudes de onda que puede ver y absorber.

Pero hay un problema: el nitruro de galio indio, parte de la familia de materiales llamados III-nitruros, se cultiva típicamente en finas películas de nitruro de galio. Ya que las capas atómicas del nitruro de galio tiene diferente espaciado de estructura cristalina frente a las del nitruro de galio indio, la falta de correspondencia lleva a una tensión estructural que limita tanto el grosor de la capa como el porcentaje de indio que puede añadirse. Así que, incrementando el porcentaje de indio añadido amplía el espectro solar que puede ser recolectado, pero reduce la habilidad del material para tolerar la tensión.



El equipo de investigación informó que si la mezcla de indio se cultiva en una falange de nanocables mejor que en una superficie plana, las áreas más pequeñas de los nanocables permiten que el armazón de la capa de indio se relaje a lo largo de cada cable, facilitando la tensión. Esta relajación permitió al equipo crear una célula solar de nanocables con porcentajes de indio del 33%, mayor que cualquier otro intento de creación de células solares de III-nitruro.

Este intento inicial también rebajó la energía base de absorción de 2.4eV a 2.1 eV, la más baja de cualquier célula solar de III-nitruro hasta la fecha, y consiguió disponer de un mayor rango de anchos de banda para la conversión de energía. La eficiencia de dicha conversión fue baja, solo un 0,3% comparado con la célula estándar comercial que ronda el 15%, pero la demostración tuvo lugar en plantillas de conjuntos de nanocables imperfectos, por tanto, con refinamientos se debería conseguir mayor eficiencia y energías más bajas. Se usaron varias técnicas únicas para crear el conjunto de nanocables de células solares de III-nitruro. Se usó un proceso de arriba abajo para crear el conjunto de nanocables enmascarando una capa de nitruro de galio (GaN) con una máscara coloidal de sílice, seguida de un aguafuerte seco y mojado. El conjunto resultante consistió en nanocables con paredes verticales y de altura uniforme.

A continuación, se formó la plantilla del nanocable de GaN mediante una deposición de vapor químico orgánico metálico en las capas de armazón que contenían el mayor porcentaje de indio en el nitruro de galio indio(InGaN). Por último, se cultivó el In0.02Ga0.98N, de manera que causó la fusión de los nanocables. Este proceso produjo una capa de cubierta en la parte superior, facilitando el proceso de aplanamiento sencillo y haciendo la tecnología manufacturable.

Los resultados, aunque modestos, representan un prometedor paso adelante para la investigación de células solares de III-nitruro. La nano-arquitectura no solo permite mayores proporciones de indio en las capas de InGaN sino que también incrementa la absorción mediante la dispersión de la luz en las facetas de la capa de cubierta de InGaN, así como las burbujas de aire guían la luz dentro del conjunto de nanocables.

Via phys.org