Científicos diseñan celdas solares que capturan casi toda la energía del espectro solar

Científicos de la universidad George Washington (GW) han diseñado y construido un prototipo de una nueva celda solar que integra múltiples celdas apiladas en un solo dispositivo capaz de capturar casi toda la energía en el espectro solar. El nuevo diseño convierte la luz solar directa en electricidad con una eficiencia del 44,5 por ciento, lo que la hace la celda solar más eficiente del mundo.


Esquema del diseño de la celda solar multicapa. Crédito: GW

El enfoque es diferente de los paneles solares que comúnmente se ven en los tejados o en los campos. El nuevo dispositivo utiliza paneles fotovoltaicos concentradores (CPV) que emplean lentes para concentrar la luz solar en pequeñas celdas solares de tamaño micrométrico. Debido a su pequeño tamaño, menos de un milímetro cuadrado, las celdas solares que utilizan materiales más sofisticados que pueden desarrollarse de manera rentable.


El estudio, “GaSb-based Solar Cells for Full Solar Spectrum Energy Harvesting,” fué publicado en the journal Advanced Energy Materials.


La celda apilada actúa casi como un tamiz para la luz solar, con materiales especializados en cada capa que absorben la energía de un conjunto específico de longitudes de onda. Para cuando la luz se canaliza a través de la pila, poco menos de la mitad de la energía disponible se ha convertido en electricidad. En comparación, la celda solar más común en la actualidad convierte solo una cuarta parte de la energía disponible en electricidad.


Imagen por espectroscopía de infrarrojo cercano

"Alrededor del 99 por ciento de la energía contenida en la luz solar directa que llega a la superficie de la Tierra se encuentra entre longitudes de onda de 250 nm y 2500 nm, pero los materiales convencionales para celdas solares de unión múltiple y alta eficiencia no pueden capturar todo este rango espectral", dijo Matthew Lumb, autor principal del estudio e investigador de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de GW. "Nuestro nuevo dispositivo es capaz de capturar la energía almacenada en los fotones de longitud de onda larga, que se pierden en las celdas solares convencionales, y por lo tanto proporciona una vía para construir la celda solar de unión múltiple definitiva".


Si bien los científicos han trabajado para lograr celdas solares más eficientes durante años, este enfoque tiene dos aspectos novedosos. Primero, utiliza una familia de materiales basados en sustratos de antimonuro de galio (GaSb), que generalmente se usan en aplicaciones para láseres y fotodetectores en el infrarrojo. Las nuevas celdas solares basadas en GaSb se ensamblan en una estructura apilada junto con celdas solares de alta eficiencia crecidas en sustratos convencionales que capturan fotones solares de longitud de onda más corta. Además, el procedimiento de apilamiento utiliza una técnica conocida como impresión por transferencia, que permite el ensamblaje tridimensional de estos pequeños dispositivos con un alto grado de precisión.


Esta celda solar es muy costosa, sin embargo, los investigadores creen que era importante mostrar el límite superior de lo que es posible en términos de eficiencia. A pesar de los costos actuales de los materiales involucrados, la técnica utilizada para crear las celdas es muy prometedora. Eventualmente, un producto similar puede ser lanzado al mercado, si hay reducciones de costos de las celdas solares de alta eficiencia y la tecnología para reciclar los costosos sustratos de crecimiento.


Fuente: techxplore.com, Nota en GW


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