La luz solar reflejada por las células solares se pierde como energía no utilizada. Las alas de la mariposa Pachliopta aristolochiae son perforados por nanoestructuras nanoholes que ayudan a absorber la luz en un amplio espectro mucho mejor que las superficies lisas. Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe KIT ahora han logrado transferir estas nanoestructuras a las células solares y, por lo tanto, mejorar su absorción de luztasa de hasta 200 por ciento. Los científicos informan sus resultados en la revista Avances científicos
"La mariposa estudiada por nosotros es de color negro muy oscuro. Esto significa que absorbe perfectamente la luz solar para una gestión óptima del calor. Aún más fascinantes que su apariencia son los mecanismos que ayudan a alcanzar la alta absorción. El potencial de optimización al transferir estas estructuras a la energía fotovoltaicaSe encontró que los sistemas PV eran mucho más altos de lo esperado ", dice el Dr. Hendrik Hölscher del Instituto de Tecnología de Microestructura IMT de KIT.
Los científicos del equipo de Hendrik Hölscher y Radwanul H. Siddique anteriormente KIT, ahora Caltech reprodujeron las nanoestructuras de la mariposa en la capa absorbente de silicio de una célula solar de película delgada. El análisis posterior de la absorción de luz arrojó resultados prometedores: en comparación conuna superficie lisa, la tasa de absorción de la luz incidente perpendicular aumenta en un 97% y aumenta continuamente hasta alcanzar el 207% en un ángulo de incidencia de 50 grados ". Esto es particularmente interesante en condiciones europeas. Con frecuencia, tenemos luz difusa que apenas caeen células solares en ángulo vertical ", dice Hendrik Hölscher.
Sin embargo, esto no implica automáticamente que la eficiencia del sistema fotovoltaico completo sea mejorada por el mismo factor, dice Guillaume Gomard de IMT. "También otros componentes juegan un papel. Por lo tanto, el 200 por ciento debe considerarse un límite teórico paramejora de eficiencia "
Antes de transferir las nanoestructuras a las células solares, los investigadores determinaron el diámetro y la disposición de los nanoholes en el ala de la mariposa mediante microscopía electrónica de barrido. Luego, analizaron las tasas de absorción de luz para varios patrones de agujeros en una computadorasimulación. Encontraron que los agujeros desordenados de diámetros variables, como los que se encuentran en la mariposa negra, produjeron tasas de absorción más estables en todo el espectro en ángulos variables de incidencia, con respecto a los nanoholes monosizados dispuestos periódicamente. Por lo tanto, los investigadores introdujeron posiciones desordenadasagujeros en un absorbente fotovoltaico de película delgada, con diámetros que varían de 133 a 343 nanómetros.
Los científicos demostraron que el rendimiento de la luz se puede mejorar considerablemente al eliminar el material. En el proyecto, trabajaron con silicio amorfo hidrogenado. Sin embargo, según los investigadores, cualquier tipo de tecnología fotovoltaica de película delgada se puede mejorar con tales nanoestructuras, tambiénen la escala industrial.
Información de fondo
Los módulos fotovoltaicos de película delgada representan una alternativa económicamente atractiva a las células solares de silicio cristalino convencionales, ya que la capa absorbente de luz es más delgada en un factor de hasta 1000 y, por lo tanto, el consumo de material se reduce. Aún así, las tasas de absorción de capas delgadasestán por debajo de los de las células de silicio cristalino. Por lo tanto, se utilizan en sistemas que necesitan poca energía, como calculadoras de bolsillo o relojes. La absorción mejorada haría que las células de película delgada sean mucho más atractivas para aplicaciones más grandes, como los sistemas fotovoltaicos en techos.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Karlsruhe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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