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Las células solares microscópicas podrían ver más luz solar
Los investigadores de Sandia National Laboratories han reducido las células solares de silicio a la microescala, lo que abre nuevas posibilidades para mejorar la eficiencia.
Escala de silicio: Estas células solares de silicio hexagonales y reducidas varían de 0,25 a un milímetro de ancho. Las líneas visibles en algunos de ellos son contactos eléctricos metálicos.
El silicio multicristalino, actualmente el estándar de oro para la eficiencia de las células solares, es caro y produce células pesadas y quebradizas. Las células solares microscópicas de silicio de Sandia utilizan 100 veces menos material mientras funcionan con la misma eficiencia.
Además de los costos de materiales más bajos, la escala más pequeña de estas celdas significa que podrían incorporarse en sistemas ópticos compactos para un seguimiento y concentración de luz más baratos. Los investigadores incluso podrían suspenderlos en tintas que podrían imprimirse en plástico para hacer módulos solares de silicio eficientes y flexibles.
En microsistemas, busca cosas que se vuelvan más baratas, funcionen mejor y obtengan nuevas funcionalidades, dice Gregory Nielson, científico jefe del proyecto.
Hasta ahora, los investigadores de Sandia han ensamblado y probado una única microcélula solar como prueba de principio. Pero han comenzado a probar módulos solares en funcionamiento hechos de múltiples células diminutas y están desarrollando técnicas para ensamblarlos de manera eficiente.
Las células de Sandia tienen entre 0,25 y un milímetro de diámetro. El principal beneficio de fabricar celdas tan pequeñas sería un menor costo de materiales, ya que las celdas diminutas se pueden fabricar unas 10 veces más delgadas que las convencionales. Por lo general, las células solares deben tener un grosor de 100 micrómetros para soportar su área de superficie, por lo general unos 15 centímetros cuadrados.
Sandia fabrica sus células a partir de silicio procesado mediante métodos químicos convencionales. Los investigadores extraen las células de este silicio utilizando una técnica de grabado químico que crea un desperdicio insignificante. Tratan la superficie de la oblea para crear las propiedades eléctricas necesarias para una celda en funcionamiento, luego la cubren con contactos metálicos. Luego, los investigadores graban los 10 a 20 micrómetros superiores de la superficie de la oblea utilizando productos químicos que solo comen una parte particular de la estructura cristalina.
Las células resultantes tienen aproximadamente 20 micrómetros de espesor pero tienen la misma eficiencia que las células convencionales, convirtiendo aproximadamente el 14,9 por ciento de la luz solar en energía eléctrica. También es más fácil hacer las celdas en forma hexagonal, lo que aprovecha al máximo el área disponible sin desperdiciar mucho silicio. Los ahorros de materiales son un gran problema, dice Nielson.
Silicio y sol: El investigador de Sandia, Gregory Nielson, sostiene una serie de células solares de silicio multicristalino a microescala.
Las células solares a microescala ofrecen nuevas posibilidades para la concentración y el seguimiento de la luz, lo que podría aumentar aún más la eficiencia de las células. Los sistemas de seguimiento convencionales son grandes y pesados y deben ser movidos por motores. Una matriz de microcélulas solares podría estar cubierta con una matriz de microlentes que necesita moverse solo una fracción de milímetro para seguir el sol.
Las células microscópicas también podrían combinarse con lentes más eficientes. En lugar de lentes de Fresnel, que son voluminosos y capturan solo alrededor del 80 por ciento de la luz que les llega, las microcélulas podrían usar lentes refractivas, que capturan el 90 por ciento de la luz entrante. No es práctico usar lentes refractivos con células solares convencionales porque tales lentes se volverían demasiado costosos y voluminosos en el tamaño requerido (cuanto más grande sea el lente, más lejos debe montarse de la superficie de la celda). Pero para las células Sandia, una matriz de microlentes refractiva podría hacer coincidir cada dispositivo de silicio con una lente de solo unos pocos micrómetros de diámetro. Tales matrices ya están disponibles comercialmente.
Nielson dice que los desarrolladores podrían eventualmente suspender las células en un líquido para hacer una tinta que podría imprimirse en sustratos flexibles recubiertos con contactos eléctricos para crear módulos solares flexibles.
En el caso de las células solares, la flexibilidad suele perjudicar la eficiencia. Por ejemplo, la empresa Konarka fabrica células solares flexibles a partir de materiales orgánicos, pero estas solo funcionan con una eficiencia de alrededor del 4 por ciento. Creemos que podemos usar materiales de alta eficiencia para brindar la misma flexibilidad utilizando cinco veces menos área, dice Nielson.
Nielson espera el proyecto, que está financiado a través del Departamento de Energía de EE. UU. Programa de tecnologías solares , para producir módulos para uso militar (por ejemplo, en tiendas de campaña y mochilas de recolección de energía) en aproximadamente tres años. El resto del mercado solar tiene estrictos requisitos de vida útil, por lo que puede llevar algunos años más desarrollar módulos que sean lo suficientemente duraderos. Es probable que el laboratorio nacional otorgue la licencia de la tecnología a una empresa después de que esté más madura.