211service.com
Hacer que el silicio sea menos reflectante
Las células solares de silicio reflejan aproximadamente un tercio de la luz que potencialmente podrían convertir en electricidad. Un nuevo recubrimiento nanoestructurado desarrollado por investigadores del Instituto Politécnico Rennselaer (RPI), en Troy, Nueva York, reduce estos reflejos a solo el 4 por ciento. Profesor de física aplicada Shawn-Yu Lin y sus colegas calculan que el recubrimiento podría aumentar la eficiencia de una célula solar de silicio para convertir la luz en electricidad en casi un 43 por ciento. Presentaron sus resultados en un 29 de octubre Letras de óptica papel.
Sin espejo: Un recubrimiento antirreflectante de siete capas de 700 nanómetros de espesor sobre una oblea de silicio reduce el reflejo de la luz solar que entra en casi todas las longitudes de onda y ángulos. El recubrimiento podría aumentar la eficiencia de las células solares de silicio.
El nuevo recubrimiento proporciona antirreflejos para la luz solar que entra en casi todos los ángulos y en todas las longitudes de onda de la luz solar, dice Lin. Es una estructura de 700 nanómetros de espesor de diferentes capas de material que los investigadores cultivan en una oblea de silicio. El revestimiento multicapa reduce el reflejo de las longitudes de onda visibles y del infrarrojo cercano que el silicio puede convertir en electricidad.
Los fabricantes de células solares utilizan actualmente una fina capa de nitruro de silicio para reducir la reflexión. Pero la capa elimina el reflejo de un rango muy estrecho de longitudes de onda; su grosor dicta el rango. Otro problema es que solo funciona bien con luz que entra en ciertos ángulos. Las obleas de silicio recubiertas con nitruro de silicio reflejan cerca del 20 por ciento de la luz útil que cae sobre ellas.
Lin y sus colegas habían diseñado previamente un recubrimiento similar para nitruro de aluminio, que se utiliza para fabricar diodos emisores de luz. Sin embargo, el nuevo recubrimiento está diseñado específicamente para silicio, el material ampliamente utilizado en las células solares. El recubrimiento tiene siete capas: las dos inferiores están hechas de titania, las tres del medio de diversas mezclas de sílice y titania, y las dos superiores de varillas inclinadas de sílice a nanoescala.
La reflexión en la interfaz entre dos materiales, en este caso aire y silicio, depende de la diferencia entre sus índices de refracción: la capacidad del material para desviar la luz. Reducir la diferencia reduce la reflexión. El aire tiene un índice de refracción de 1, mientras que el de silicio es de 3,5. Los investigadores usan las capas para dividir esta brecha en pasos más pequeños. La capa superior de nanovarillas de sílice tiene un índice de 1,09 y, bajando, cada capa tiene un índice sucesivamente mayor. La disposición secuencial de la nanoestructura de múltiples capas permite que la luz solar tenga un aterrizaje suave en la célula solar, dice Lin. La luz se dobla gradualmente más y más a medida que atraviesa cada capa, y menos se refleja en el aire.
Los investigadores depositan las nanovarillas de sílice inclinadas en las dos capas superiores sosteniendo la oblea en ángulo. Al controlar los ángulos de las nanovarillas, los investigadores controlan la porosidad del material, creando capas con índices de refracción extremadamente bajos.
Lin y su grupo en RPI no son los únicos que trabajan en el problema. Peng Jiang , profesor de ingeniería química en la Universidad de Florida, está fabricando recubrimientos antirreflectantes grabando la superficie del silicio, creando una serie de diminutos pilares de silicio que tienen menos de 300 nanómetros de altura. Nuestras mejores muestras reflejan menos del 1 por ciento de la luz, por lo que la superficie parece completamente oscura, dice Jiang. Su trabajo ha generado el interés de los fabricantes europeos de células solares y ahora está creando una empresa de nueva creación para fabricar el revestimiento a mayor escala.
Lin dice que el recubrimiento aumentaría el costo de una celda solar en unos pocos puntos porcentuales, no más de lo que contribuyen las capas de nitruro de silicio actuales. Los investigadores ahora planean fabricar recubrimientos más robustos adecuados para su uso con células solares.