La eficiencia de las células solares con nanowire aumentó a 17,8%

Los investigadores de la Universidad Técnica de Eindhoven (Países Bajos) establecieron un nuevo récord para la eficiencia de las células solares con nanowire: 17.8%. Este es un tipo relativamente nuevo de panel solar que fue inventado hace menos de una década. En un período tan corto de tiempo, logró acercarse a la eficiencia de los tipos tradicionales de células solares de una sola capa.



Estructura esquemática de fotocélulas nanowire

Tal rápido progreso indica que las células solares nanowire son una tecnología muy prometedora. Los inventores han estado hablando de esto desde el principio. Los fotones "Focusing" a través de nanowires parecen tan tentadores que puedes soñar con un aumento radical de eficiencia.



Fotocelular con nanofibras de arsenida de gallium.

A diferencia de otros tipos de células fotovoltaicas, las células fotovoltaicas nanowire no están compuestas de capas sólidas densas, sino de una celosa de fibras verticales de unos 200 nanometros de espesor cada una.

En 2013, Peter Krogstrup del Centro de Nanotecnología del Instituto Niels Bohr (Dinamarca) junto con científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza) diseñaron un prototipo de fotocélula con un área de 1 mm2 con nanofibras de arsenuro de gallium. Bajo la luz solar normal, la corriente correspondiente a 24.6 mA por centímetro cuadrado de la superficie fue retirada de la célula solar. De hecho, los nanofibras de pie concentraban la luz de un área 15 veces sus secciones totales.

Tales indicadores fenomenales se explican por la resonancia de las ondas de luz visibles, cuya longitud es menor que la sección de la fibra de pie. Al colisionar con fibras de pie, las ondas vecinas entran en resonancia. La rejilla de las fibras de pie como aspiradora "se mete" en sí misma la luz circundante.


Nota del respetado KhKnstn: La corriente eliminada de la fotocelular depende de la generación de portadores de carga, que están emocionados cuando absorben fotones ligeros. La luz solar ordinaria es un valor estándar con una densidad espectral conocida de fotones con una potencia total de 100 mW/cm2. Para el fosfido indio utilizado en un estudio de 2016, la corriente máxima podría ser de 34,5 mA/cm2.

En general, usted necesita entender el truco lógico con una concentración de luz 15 veces más. La materia es la ubicación de las nanopartículas relativas entre sí y la relación de la superficie que la nanopartícula ocupa relativa al espacio no ocupado. Pero eso realmente no importa, porque normalmente la energía que obtenemos se relaciona con el área de la superficie iluminada. Si aceptamos engañar con resonancia, entonces los nanofibras generalmente deben superar el límite fundamental Shockley-Quisser, que es 33,7% para una célula con una transición p-n, 42% para una célula de dos capas, 49% para una célula de tres capas y 68% para una célula hipotética con un número infinito de capas.

Eficiencia récord de diferentes tipos de células solares, 1976-2016

Poco después de los primeros prototipos, otros científicos comenzaron a experimentar con la verdadera fotovoltaica nanowire. La eficiencia de estos elementos comenzó a crecer rápidamente.

Ahora un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Eindhoven por primera vez demostraron en condiciones reales la eficiencia de una fotocélula de nano alambre 17.8%. Según investigadores, esto está lejos del límite. Los autores del estudio, Dick van Dam y Yingchao Cui, creen que el registro caerá rápidamente. Predecían que el umbral de eficiencia del 20% se superará dentro de dos años. El aumento de la eficiencia se debe al trabajo teórico de los físicos que calcularon la forma y el diámetro más eficientes de los nanofibras, así como su ubicación mutua. Su logro es precisamente en optimizar la “forestación” de los nanofibras, lo que permitió reducir el número de defectos.

El logro récord previo para este tipo de célula solar fue del 15,3%. Este resultado fue mostrado por investigadores de la Universidad Lund (Suecia). Se cree que el límite de eficiencia teórica para una célula fotovoltaica de nano alambre es del 46%, muy por encima del límite fundamental Shockley-Quisser para las células tradicionales donde la resonancia no está involucrada.

Los científicos enfatizan que otra ventaja de las fotocélulas nanowire es su barata teórica en la producción en masa, incluso en comparación con la tecnología de décadas de fabricación de fotocélulas tradicionales. Una ventaja importante es que cinco veces menos material es necesario para hacer nuevas células. No es sólo más barato y más eficiente en la energía. El material menos - menos defectos y lotes defectuosos. Al menos teóricamente.

Para que las células fotovoltaicas nanowire sean comercialmente atractivas, deben combinar elementos convencionales en coste y eficiencia. Para ello, es necesario llevar la eficiencia al menos al 25% y mejorar el proceso técnico de su fabricación. Se puede lograr más barato cambiando del uso de metales raros como el arsenuro de gallium y el fosfido indio a un silicio más común. Otra manera de reducir el costo es la invención de la tecnología de proceso para la producción de células solares sin el uso de un sustrato grueso.

Para su trabajo sobre el cálculo y fabricación de fotocélulas nanowire con eficiencia reconstitutiva, Dick van Dam recibió su doctorado (PhD) de la Universidad Técnica de Eindhoven el 17 de octubre de 2016. Lamentablemente, su tesis doctoral no está disponible públicamente. Antes de realizar una revisión independiente y publicar un artículo científico en la revista oficial, el autor se abstiene de revelar los detalles técnicos de la invención. publicado



Fuente: geektimes.ru/post/281778/