Las nanopartículas con tamaños del orden de una longitud de onda interactúan con la luz de maneras específicas. Un joven grupo de investigadores en Helmholtz-Zentrum Berlin, dirigido por la profesora Martina Schmid, está preguntando cómo usar los arreglos de tales nanopartículas para mejorar las células solares y otras opcionesdispositivos electrónicos. Ahora los científicos informan en el Journal of the American Chemical Society ACS Nano un éxito considerable con las células solares ultrafinas CIGSe.
Los problemas suman menos de 1 micrómetro
Las células solares CIGSe han demostrado una alta eficiencia y son dispositivos de película delgada establecidos con capas activas de unos pocos micrómetros de grosor. Pero dado que el indio es un elemento raro, la capa activa debe ser lo más delgada posible. Esto reduce la eficiencia, ya que hay menos luzse absorbe. Y si la capa activa es más delgada que un micrómetro, surge un problema adicional: más y más portadores de carga se encuentran y se recombinan en el contacto posterior, "perdiéndose".
Célula CIGSe ultradelgada con eficiencias del 11,1%
"Me tomó más de un año poder producir capas ultrafinas de solo 0.46 micrómetros o 460 nanómetros que aún alcanzan eficiencias razonables de hasta 11.1%", dice Guanchao Yin sobre su proyecto de doctorado. Luego comenzó a preguntar cómoimplementar nanopartículas entre diferentes capas de la célula solar. Su supervisora Martina Schmid discutió esto con el Prof. Albert Polman, uno de los pioneros en el campo de la nanofotónica, en el Centro de Nanoóptica, Amsterdam, con quien estuvo en contacto durante un tiempoPropusieron producir matrices de nanopartículas dieléctricas mediante tecnologías de nanoimpresión.
Sin gran efecto por nanopartículas en la parte superior
En un primer paso, los colegas de Amsterdam implementaron un patrón de nanopartículas dieléctricas de TiO2 sobre las células solares ultrafinas de Yin; la idea era que actuarían como trampas de luz y aumentarían la absorción en la capa CIGSe. Pero esto no aumentóla eficiencia tanto como se demostró en las células solares basadas en Si. Yin continuó las pruebas y finalmente descubrió lo que funcionaba mejor: ¡una matriz de nanopartículas no en la parte superior sino en el contacto posterior de la célula!
Nanopartículas en el contacto posterior: la eficiencia aumenta a 12.3%
Los colegas de Amsterdam produjeron una serie de nanopartículas de SiO2, directamente sobre el sustrato de molibdeno que corresponde al contacto posterior de la célula solar. Yin creció la capa CIGSe ultrafina y, posteriormente, todas las demás capasy contactos necesarios para la célula solar. Con esta configuración, la eficiencia aumentó de 11.1% a 12.3%, y la densidad de corriente de cortocircuito de las células CIGSe ultrafinas aumentó en más de 2 mA / cm2. Con nanopartículas antirreflectantes adicionales en elEficiencias frontales elevadas incluso a 13.1%.
atrapamiento de luz y prevención de pérdida de portador de carga
"Esto conduce a una captura de luz eficiente y no deteriora la célula", explica Yin. Otros estudios indican que el nanoarray de nanopartículas de SiO2 dieléctricas en la parte posterior también podría aumentar la eficiencia al reducir las posibilidades de recombinación del portador de carga ". Este trabajo essolo un comienzo, ahora tenemos nuevas ideas para diseños adicionales para mejorar la absorción y reducir la recombinación, aumentando así la eficiencia al hacer uso de los beneficios ópticos y eléctricos de las nanopartículas ", dice Martina Schmid.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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