Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison han creado celdas solares de microescala de alto rendimiento que eclipsan dispositivos comparables en medidas clave de rendimiento. Los paneles solares en miniatura podrían alimentar innumerables dispositivos personales: sensores médicos portátiles, relojes inteligentes, incluso lentes de contacto de enfoque automático.
Las grandes matrices fotovoltaicas en la azotea generan electricidad a partir de cargas que se mueven verticalmente. Las nuevas celdas pequeñas, descritas hoy 3 de agosto de 2016 en la revista Tecnologías avanzadas de materiales , capturan la corriente de las cargas que se mueven de lado a lado o lateralmente. Y generan significativamente más energía que otros sistemas solares laterales.
Las células solares laterales de nueva generación prometen ser el próximo gran avance para los dispositivos compactos porque la disposición horizontal de los electrodos permite a los ingenieros eludir un proceso tradicional de fabricación de células solares: la ardua tarea de alinear perfectamente varias capas del material de la célula una encima de la otra.
"Desde el punto de vista de la fabricación, siempre será más fácil construir estructuras una al lado de la otra", dice Hongrui Jiang, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la UW-Madison y autor correspondiente del artículo ". ArribaLas estructuras desplegables deben hacerse en varios pasos y luego alinearse, lo cual es muy difícil a pequeña escala ".
Las células solares laterales también ofrecen a los ingenieros una mayor flexibilidad en la selección de materiales.
Las células fotovoltaicas de arriba hacia abajo están formadas por dos electrodos que rodean un material semiconductor como rebanadas de pan alrededor de la carne en un sándwich. Cuando la luz golpea la rebanada superior, la carga viaja a través del relleno hasta la capa inferior y crea corriente eléctrica.
En la disposición de arriba hacia abajo, una capa necesita hacer dos trabajos: debe dejar pasar la luz y transmitir la carga. Por lo tanto, el material para un electrodo en una celda solar típica debe ser no solo altamente transparente, sino también eléctricamente conductor.Y muy pocas sustancias realizan bien ambas tareas.
En lugar de construir su sándwich de células solares una capa a la vez, el grupo de Jiang creó un conjunto de electrodos en miniatura densamente empaquetados, uno al lado del otro, sobre la parte superior de vidrio transparente. La estructura resultante, similar a una barra de pan completade sándwiches de células solares de pie de lado en una placa transparente: separa las funciones de recolección de luz y conducción de carga entre los dos componentes.
En general, sintetizar tales sándwiches laterales no es una cuestión simple. Otros enfoques que se basan en complicados nanocables internos o materiales caros llamados perovskitas no alcanzan múltiples medidas de calidad de las células solares.
"Fácilmente vencimos a todas las otras estructuras laterales", dice Jiang.
Las células solares laterales de última generación existentes de primera línea convierten solo 1.8 por ciento de la luz entrante en electricidad útil. El grupo de Jiang casi triplicó esa medida, logrando una eficiencia de hasta 5.2 por ciento.
"En otras estructuras, se desperdicia mucho volumen porque no hay electrodos o los electrodos no coinciden", dice Jiang. "La tecnología que desarrollamos nos permite hacer estructuras laterales muy compactas que aprovechan todo el volumen".
Empaquetar tantos electrodos en un volumen tan pequeño aumentó los "factores de llenado" de los dispositivos, una métrica relacionada con la máxima potencia, voltaje y corriente alcanzables. Las estructuras obtuvieron factores de llenado de hasta 0.6, más del doble del máximo demostrado paraotras células solares laterales de nueva generación.
Jiang y sus colegas están trabajando para hacer que sus células solares sean aún más pequeñas y más eficientes explorando materiales que optimicen aún más la transparencia y la conductividad. En última instancia, planean desarrollar una célula solar flexible a pequeña escala que pueda proporcionar energía a una lente de contacto eléctricamente ajustable..
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Sam Million-Weaver. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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