viernes, 19 de octubre de 2012

Células solares de silicio negro que producen más electricidad en el espectro infrarrojo

Las céluas solares convierten el 75% de la energía contenida en el espectro solar en electricidad, y aún así el espectro infrarrojo se pierde completamente en las células solares estandar. En contraste, las células solares de silicio negro están específicamente diseñanas para absorber esta parte del espectro del Sol, y recientemente los investigadores han tenido éxito en la duplicación de su eficiencia global.

El Sol resplandece en cielo azul, y las células solares convierten la energía solar en electricidad. Pero no del todo, sin emabrgo: alrededor de un cuarto del espectro solar está compuesto de radiación infrarroja que no puede ser convertida por las células solares estándar, así pues se pierde. Una forma de superar esto es usar silicio negro, un material que absorbe casi toda la luz solar que incide sobre él, incluyendo radiación infrarroja y la convierte en electricidad. ¿Pero como se produce este material? El silicio negro se produce irradiando silicio estándar con pulsos láser de femtosegundos bajo una atmósfera que contiene azufre. Esto estructura la superficie e integra los átomos de azufre en el enrejado de silicio, haciendo que el material tratado parezca negro. Si los fabricantes dotasen de silicio negro a sus células solares, podrían aprovechar todo el espectro completo del Sol.

Los investigadores del HHI han logrado duplicar la eficiencia de las células solares negras de silicio, en otras palabras, han creado células solares que producen más electricidad a partir del espectro infrarrojo, y lo han conseguido modificando la forma del pulso láser usado para irradiar el silicio. Esto permite a los científicos resolver un problema clave de dicho material: en el silicio normal, el espectro infrarrojo no tiene suficiente energía para excitar los electrones en la banda de conducción y convertirlos en electricidad, pero el azufre incorporado forma una especie de nivel intermedio. Sin embargo, en el azufre, este nivel intermedio no solo permite a los electrones escalar niveles, sino que también funciona al contrario, permitiendo a los electrones que vuelvan a la banda de conducción mediante este nivel intermedio, lo que causea nuevamente una pérdida de electricidad. Mediante la modificación del pulso láser que conduce a los átomos de azufre en el enrejado atómico, los investigadores pueden cambiar la posición adoptada por esos átomos en el enrejado y cambiar la altura de sus "niveles", en otras palabras, su nivel de energía. Se han usado los pulsos láser para alterar el azufre incrustado con el fin de maximizar el número de electrones que pueden subir de nivel, mientras se minimiza el número de los que pueden bajar de nivel.

En la primera fase del proyecto, los científicos modificaron los pulsos láser e investigaron como esto cambia las propiedades del silicio negro y la eficiencia de las células solares hechas de dicho material. Ahora están trabajando en el uso de distintas formas de pulso láser y analizando como cambia esto el nivel de energía del azufre. En el futuro esperan que un sistema automático de algoritmos identifique automáticamente como debe modificarse el pulso láser con el fin de conseguir una eficiencia óptima.

Los investigadores también han llegado a construir de forma satisfactoria prototipos de células solares de silicio negro, y su próximo paso será intentar producirlas con tecnología comercial. Esperan incrementar la eficiencia de las células solares comerciales, que actualmente está en un 17%, en un 1% combinándolas con silicio negro. Su punto de partida es la célula solar comercial estándar: los expertos simplemente quitan la tapa trasera e incorporan el silicio negro en parte de la célula, creando un tándem que contiene tanto silicio normal como negro.

Via Fraunhofer

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