Al combinar emisores de luz de puntos cuánticos de diseño con espejos fotónicos espectralmente emparejados, un equipo de científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley Lab y la Universidad de Illinois creó células solares que recogen fotones azules a 30 veces la concentración de la energía solar convencionalcélulas, el factor de concentración luminiscente más alto jamás registrado. Este avance allana el camino para el desarrollo futuro de células solares de bajo costo que utilizan eficientemente la parte de alta energía del espectro solar.
"Hemos logrado una relación de concentración luminiscente mayor que 30 con una eficiencia óptica del 82 por ciento para los fotones azules", dice el director de Berkeley Lab, Paul Alivisatos, quien también es el Profesor Distinguido Samsung de Nanociencia y Nanotecnología en la Universidad de CaliforniaBerkeley, y director del Kavli Energy Nanoscience Institute ENSI, fue el co-líder de esta investigación. "Hasta donde sabemos, este es el factor de concentración luminiscente más alto en la literatura hasta la fecha".
Alivisatos y Ralph Nuzzo de la Universidad de Illinois son los autores correspondientes de un artículo en ACS Photonics describiendo esta investigación titulada "Cavidad del concentrador luminiscente de puntos cuánticos que exhibe una concentración de 30 veces". Noah Bronstein, miembro del grupo de investigación de Alivisatos, es uno de los tres autores principales junto con Yuan Yao y Lu Xu. Otros coautores son Erin O'Brien, Alexander Powers y Vivian Ferry.
La industria de la energía solar en los Estados Unidos está aumentando con la cantidad de instalaciones fotovoltaicas que han crecido de la generación de 1,2 gigavatios de electricidad en 2008 a la generación de más de 20 gigavatios en la actualidad, según el Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE. Aún así, casiEl 70 por ciento de la electricidad generada en este país continúa proveniente de combustibles fósiles. Se necesitan alternativas de bajo costo a los paneles solares fotovoltaicos de hoy en día para obtener las inmensas ventajas de la energía solar. Una alternativa prometedora han sido los concentradores solares luminiscentes LSC.
A diferencia de las células solares convencionales que absorben directamente la luz solar y la convierten en electricidad, un LSC absorbe la luz en una placa incrustada con emisores de luz altamente eficientes llamados "lumóforos" que luego reemiten la luz absorbida en longitudes de onda más largas, un proceso conocidoa medida que cambia Stokes. Esta luz reemitida se dirige a una célula micro-solar para su conversión a electricidad. Debido a que la placa es mucho más grande que la célula micro-solar, la energía solar que golpea la célula está altamente concentrada.
Con un factor de concentración suficiente, solo se necesitan pequeñas cantidades de costosos materiales fotovoltaicos III-V para recoger la luz de una guía de onda luminiscente de bajo costo. Sin embargo, el factor de concentración y la eficiencia de recolección de los colorantes moleculares que hasta ahora se han utilizado como lumóforosestán limitados por las pérdidas parasitarias, incluidos los rendimientos cuánticos no unitarios de los lumóforos, la captura imperfecta de luz dentro de la guía de ondas y la reabsorción y dispersión de los fotones en propagación.
"Reemplazamos los colorantes moleculares en sistemas LSC anteriores con nanopartículas de núcleo / cubierta compuestas de núcleos de seleniuro de cadmio CdSe y capas de sulfuro de cadmio CdS que aumentan el desplazamiento de Stokes mientras reducen la reabsorción de fotones", dice Bronstein.
"Las nanopartículas CdSe / CdS nos permitieron desacoplar la absorción de la energía y el volumen de emisión, lo que a su vez nos permitió equilibrar la absorción y la dispersión para obtener la nanopartícula óptima", dice. "Nuestro uso de espejos fotónicos que se ajustan cuidadosamente ael ancho de banda estrecho de nuestros lumóforos de puntos cuánticos nos permitió lograr una eficiencia de guía de onda que excede el límite impuesto por la reflexión interna total ".
en su ACS Photonics en papel, los colaboradores expresan su confianza en que los dispositivos LSC futuros alcanzarán relaciones de concentración aún mayores a través de mejoras en el rendimiento cuántico de luminiscencia, la geometría de la guía de onda y el diseño del espejo fotónico.
El éxito de este sistema LSC basado en nanopartículas CdSe / CdS llevó a una asociación entre Berkeley Lab, la Universidad de Illinois, Caltech y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL en un nuevo proyecto de concentrador solar. En la reciente Cumbre de Energía Limpia.celebrado en Las Vegas, el presidente Obama y el secretario de Energía, Ernest Moniz, anunciaron que esta asociación recibirá una subvención de $ 3 millones para el desarrollo de un LCS microóptico LCS bajo MOSAIC, el programa más nuevo de ARPA-E del DOE. MOSAIC significa Micro-scale OptimizedMatrices de células solares con concentración integrada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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