Un diseño superabsorbente podría reducir el coste de manufacturación de las células solares de película delgada

Investigadores de la NCSU han desarrollado un diseño "superabsorbente" que puede mejorar significativamente la eficiencia en la absorción de luz de las células solares de película delgada, reduciendo los costes de manufacturación.

Este diseño podría decrementar el espesor de los materiales semiconductores usados en las células solares de películas delgadas en más de un orden de magnitud sin comprometer la capacidad de absorción de luz solar. Las células solares de película delgada de tecnología punta requieren una capa de silicio amorfo de un espesor de 100 nanómetros para capturar la mayoría de la luz solar disponible. La estructura que proponen puede absorber el 90% de la luz solar disponible usando tan solo una capa de 10 nanómetros de espesor de silicio amorfo. Esto mismo también es cierto para otros materiales. Por ejemplo, se necesita una capa de teluro de cadmio de un micrómetro de espesor para absorber energía solar, pero este diseño puede conseguir los mismos resultados con una capa de 50 nanómetros de espesor de teluro de cadmio. Este diseño también permite una capa de 30 nanómetros de espesor de cobre indio galio seleniuro para absorben completamente la luz solar, lo que supone un gran avance.

Los investigadores destacan que la deposición de los materiales semiconductores suponen el mayor cuello de botella para mejorar la productividad de manufacturación y reducir el coste de las células solares de película fina. Una reducción en el grosor de los materiales semiconductores en un orden de magnitud puede suponer una mejora sustancial en la productividad de manufacturación y reducción en el coste, ya que las células podrían usar menos material y la película fina podría depositarse más rápidamente.

En su sección transversal, el nuevo diseño parece una cebolla rectangular. El material semiconductor absorbente de luz envuelve un núcleo rectangular. El semiconductor, sucesivamente, es envuelto por tres capas de revestimiento anti-reflectante que no absorbe luz.

Para desarrollar el diseño, los investigadores comenzaron por examinar la máxima eficiencia de absorción de luz de materiales semiconductores usando técnicas de captura de luz, y descubrieron que maximizar la absorción solar requiere un diseño en el cual la eficiencia de captura de luz para la luz solar sea igual a la eficiencia de absorción intrínseca de los materiales semiconductores. En otras palabras, con el fin de maximizar la absorción de luz solar, es necesario hacer coincidir la cantidad de luz solar atrapada dentro de la estructura y la cantidad de luz solar que puede ser absorbida. A continuación, los investigadores diseñaron las estructuras en forma de cebolla para hacer coincidir su eficiencia en la captura de luz con la eficiencia de absorción de los materiales semiconductores en las células solares de película fina.

Via NCSU