Los electrodos para las conexiones en el "lado soleado" de una célula solar no solo deben ser conductores de electricidad, sino también transparentes. Como resultado, los electrodos se fabrican actualmente utilizando tiras finas de plata en forma de gruesade malla reticulada sobre una superficie, o aplicando una capa transparente de compuesto de óxido de indio y estaño ITO eléctricamente conductor. Sin embargo, ninguna de estas son soluciones ideales. Esto se debe a que la plata es un metal precioso y relativamente caro, y las partículas de plata conLas dimensiones a nanoescala se oxidan particularmente rápido; mientras tanto, el indio es uno de los elementos más raros en la corteza terrestre y probablemente solo seguirá estando disponible durante unos años más.
Malla de nanocables de plata
Manuela Göbelt, del equipo de la profesora Silke Christiansen, ha desarrollado una nueva solución elegante utilizando solo una fracción de la plata y completamente desprovista de indio para producir un electrodo tecnológicamente intrigante. El estudiante de doctorado inicialmente hizo una suspensión de nanocables de plata en etanolusando técnicas de química húmeda. Luego transfirió esta suspensión con una pipeta a un sustrato, en este caso una celda solar de silicio. A medida que se evapora el solvente, los nanocables de plata se organizan en una malla suelta que permanece transparente, pero lo suficientemente densa como para formarcaminos actuales ininterrumpidos.
Encapsulación por cristales AZO
Posteriormente, Göbelt utilizó una técnica de deposición de capa atómica para aplicar gradualmente un recubrimiento de un semiconductor de banda ancha muy dopado conocido como AZO. AZO consiste en óxido de zinc dopado con aluminio. Es mucho menos costoso que ITO e igual de transparente,pero no tan conductor de la electricidad. Este proceso provocó la formación de pequeños cristales AZO en los nanocables de plata, los envolvió por completo y finalmente rellenó los intersticios. Los nanocables de plata, que medían unos 120 nanómetros de diámetro, estaban cubiertos con una capa de aproximadamente 100nanómetros de AZO y encapsulados por este proceso.
Mapa de calidad calculado
Las mediciones de la conductividad eléctrica mostraron que el electrodo compuesto recientemente desarrollado es comparable a un electrodo de rejilla de plata convencional. Sin embargo, su rendimiento depende de qué tan bien estén interconectados los nanocables, que es una función de las longitudes de los cables y la concentración de los nanocables de plata.en la suspensión. Los científicos pudieron especificar de antemano el grado de conexión en red con las computadoras. Utilizando algoritmos de análisis de imágenes especialmente desarrollados, pudieron evaluar imágenes tomadas con un microscopio electrónico de barrido y predecir la conductividad eléctrica de los electrodos a partir de ellas.
"Estamos investigando dónde se interrumpe una ruta conductiva continua de nanocables para ver dónde la red aún no es óptima", explica Ralf Keding. Incluso con las computadoras de alto rendimiento, inicialmente tardó casi cinco días en calcular una buena "mapa de calidad "del electrodo. El software ahora se está optimizando para reducir el tiempo de cálculo". El análisis de imágenes nos ha dado pistas valiosas sobre dónde debemos concentrar nuestros esfuerzos para aumentar el rendimiento del electrodo, como un mayor trabajo en red para mejoraráreas de poca cobertura al cambiar la longitud del cable o la concentración del cable en la solución ", dice Göbelt.
alternativa práctica a los electrodos convencionales
"Hemos desarrollado una alternativa práctica y rentable a los electrodos convencionales de rejilla serigrafiados y al tipo de ITO común que, sin embargo, está amenazado por cuellos de botella materiales", dice Christiansen, quien dirige el Instituto de Nanoarquitecturas para la Conversión de Energía en HZB yademás dirige un equipo de proyecto en el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz MPL.
solo una fracción de plata, casi sin efectos de sombra
Los nuevos electrodos pueden fabricarse usando solo 0.3 gramos de plata por metro cuadrado, mientras que los electrodos de rejilla de plata convencionales requieren cerca de entre 15 y 20 gramos de plata. Además, el nuevo electrodo proyecta una sombra considerablemente más pequeña en la célula solar"La red de nanocables de plata es tan fina que casi no se pierde luz para la conversión de energía solar en la celda debido a la sombra", explica Göbelt. Por el contrario, espera que "incluso sea posible que los nanocables de plata se dispersen".luz a los absorbedores de células solares de forma controlada a través de lo que se conoce como efectos plasmónicos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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