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Células solares nanopilares
Investigadores de la Universidad de California, Berkeley, han creado un nuevo tipo de célula solar al hacer crecer una serie de pilares verticales a nanoescala en papel de aluminio. Hacen células solares flexibles encapsulando toda la célula dentro de un polímero transparente y gomoso. El diseño, sugieren los investigadores, podría dar lugar a células solares que cuesten menos que las fotovoltaicas de silicio convencionales.
Solar barato : Una nueva célula solar está compuesta por una serie de nanopilares de sulfuro de cadmio erectos (abajo) incrustados dentro de una matriz de telururo de cadmio. Toda la celda, fabricada en una fina lámina de aluminio, se vuelve flexible cuando se encierra en polímero.
Los nanopilares permiten a los investigadores utilizar materiales más baratos y de menor calidad que los utilizados en las tecnologías convencionales de película fina y silicio. Es más, la técnica utilizada para hacer las celdas podría adaptarse para hacer rollos de paneles flexibles en una fina lámina de aluminio, reduciendo los costos de fabricación, dice Ali Javey , profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación que dirigió el trabajo. El trabajo se encuentra en una etapa inicial y no sabrá el costo hasta que lo haga mediante un proceso de rollo a rollo, dice. Pero si puede hacerlo, el costo podría ser 10 veces menor que el que se usa para fabricar paneles de silicio [cristalinos].
Las células solares están hechas de pilares uniformes de sulfuro de cadmio de 500 nanómetros de alto incrustados en una película delgada de telururo de cadmio. Ambos materiales son semiconductores utilizados en células solares de película delgada. En una línea Materiales de la naturaleza En el artículo, Javey y sus colegas demostraron que las células tienen una eficiencia de alrededor del 6 por ciento en la transformación de la luz solar en electricidad. Otros han fabricado celdas con diseños de pilares, dice, pero utilizaron métodos costosos para hacer crecer los pilares y no pudieron obtener eficiencias superiores al 2 por ciento.
En las células convencionales, el silicio absorbe la luz y crea electrones libres, que necesitan llegar al circuito eléctrico antes de quedar atrapados en defectos o impurezas en el material. Esto requiere silicio cristalino extremadamente puro y costoso para lograr los dispositivos fotovoltaicos más eficientes.
El diseño de nanopilares divide las funciones del silicio: el material que rodea los pilares absorbe la luz y los pilares los transportan al circuito eléctrico. Esto aumenta la eficiencia de dos formas. Los pilares compactos atrapan la luz entre ellos, lo que ayuda a que el material circundante absorba más. Los electrones también tienen una distancia muy corta para viajar a través de los pilares, por lo que hay menos posibilidades de que queden atrapados en los defectos. Eso significa que puede usar materiales de baja calidad y menos costosos, dice Javey.
Otros están fabricando células solares con diferentes nanoestructuras. El profesor de química de la Universidad de Harvard, Charles Lieber, ha fabricado nanocables que consisten en un núcleo de silicio y diferentes capas de silicio concéntricas. Peidong Yang , profesor de química en UC Berkeley, ha fabricado células solares sensibilizadas con colorante con nanocables de óxido de zinc. Estas células solares de nanocables han alcanzado una eficiencia del 4 por ciento.
Javey y sus colegas fabrican la célula nanopilar anodizando primero papel de aluminio. Esto crea una disposición periódica de poros de 200 nanómetros de ancho, que actúan como plantillas para que los cristales de sulfuro de cadmio se erijan. Luego viene una capa de telururo de cadmio y el electrodo superior, una película de cobre y oro. Fijan la celda a una placa de vidrio o la hacen flexible vertiendo una solución de polímero en la parte superior y colocándola.
Este es un progreso emocionante en la integración de nanomateriales diseñados con una diversidad de sustratos blandos para fabricar células solares de alta eficiencia flexibles y plegables, dice Zhong Lin Wang , profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en Georgia Tech. Pero la célula tendrá que competir con las células solares flexibles de película delgada hechas de silicio, telururo de cadmio y otros materiales, dice Arthur Nozik , físico químico que estudia nano células solares en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, en Golden, CO. A diferencia de la flexibilidad de la nueva célula, dice, creo que el punto de venta podría ser el bajo costo.
Por ahora, los investigadores están explorando materiales que podrían mejorar la eficiencia celular. La capa superior de cobre y oro, por ejemplo, es solo un 50 por ciento transparente. Si toda la luz que cae sobre ella pasara, la eficiencia de la celda ya podría ser el doble, dice Javey. Los investigadores planean fabricar células con materiales conductores transparentes como el óxido de indio. Hay un margen de mejora significativo, al menos dos veces, simplemente mejorando o reemplazando nuestro material de contacto superior, dice.
Los investigadores también tienen la intención de probar otros materiales semiconductores para los pilares y el material circundante. Javey dice que el proceso de fabricación es compatible con una amplia gama de semiconductores y otras combinaciones podrían aumentar la eficiencia.
Probar otros materiales semiconductores también podría ser importante dados los problemas de toxicidad del cadmio, señala Yang de Berkeley. Sin embargo, dice, la arquitectura es lo más importante, materiales en los que podemos seguir trabajando. La belleza de este artículo es la demostración de lo bien que funciona la arquitectura.