Las células solares han recorrido un largo camino, pero las células solares de película delgada y económicas están todavía muy por detrás de las células solares cristalinas más caras en eficiencia. Ahora, un equipo de investigadores sugiere que el uso de dos películas delgadas de diferentes materiales puede ser la forma devaya a crear celdas de película delgada asequibles con aproximadamente un 34% de eficiencia.
"Hace diez años sabía muy poco sobre las células solares, pero me quedó claro que eran muy importantes", dijo Akhlesh Lakhtakia, profesor de la Universidad Evan Pugh y profesor de ingeniería y mecánica Charles Godfrey Binder, Penn State.
Investigando el campo, descubrió que los investigadores se acercaron a las células solares desde dos lados, el lado óptico, mirando cómo se recolecta la luz del sol, y el lado eléctrico, viendo cómo la luz solar recolectada se convierte en electricidad. Ópticolos investigadores se esfuerzan por optimizar la captura de luz, mientras que los investigadores eléctricos se esfuerzan por optimizar la conversión a electricidad, ambos lados simplifican el otro.
"Decidí crear un modelo en el que los aspectos eléctricos y ópticos se tratarían por igual", dijo Lakhtakia. "Necesitábamos aumentar la eficiencia real, porque si la eficiencia de una celda es inferior al 30%, no va a funcionarpara marcar la diferencia ". Los investigadores informan sus resultados en una edición reciente de Letras de física aplicada .
Lakhtakia es un teórico. No hace películas delgadas en un laboratorio, sino que crea modelos matemáticos para probar las posibilidades de configuraciones y materiales para que otros puedan probar los resultados. El problema, dijo, era que la estructura matemática de optimizarlo óptico y lo eléctrico son muy diferentes.
Las células solares parecen ser dispositivos simples, explicó. Una capa superior transparente permite que la luz solar caiga sobre una capa de conversión de energía. El material elegido para convertir la energía, absorbe la luz y produce corrientes de electrones con carga negativa y agujeros con carga positiva en movimiento.en direcciones opuestas. Las partículas con cargas diferentes se transfieren a una capa de contacto superior y una capa de contacto inferior que canalizan la electricidad fuera de la celda para su uso. La cantidad de energía que una celda puede producir depende de la cantidad de luz solar recolectada y la capacidad dela capa de conversión. Los diferentes materiales reaccionan y convierten diferentes longitudes de onda de luz.
"Me di cuenta de que para aumentar la eficiencia teníamos que absorber más luz", dijo Lakhtakia. "Para hacer eso, tuvimos que hacer que la capa absorbente no fuera homogénea de una manera especial".
Esa forma especial fue utilizar dos materiales absorbentes diferentes en dos películas delgadas diferentes. Los investigadores eligieron CIGS diselenuro de cobre, indio y galio y CZTSSe seleniuro de cobre, zinc, estaño y azufre para las capas.La eficiencia de CIGS es de aproximadamente el 20% y la de CZTSSe es de aproximadamente el 11%.
Estos dos materiales funcionan en una celda solar porque la estructura de ambos materiales es la misma. Tienen aproximadamente la misma estructura de celosía, por lo que se pueden cultivar uno encima del otro, y absorben diferentes frecuencias del espectro para quedebería aumentar la eficiencia, según Lakhtakia.
"Fue asombroso", dijo Lakhtakia. "Juntos produjeron una célula solar con un 34% de eficiencia. Esto crea una nueva arquitectura de células solares, capa sobre capa. Otros que pueden fabricar células solares pueden encontrar otras formulaciones de capas ytal vez hacerlo mejor ".
Según los investigadores, el siguiente paso es crearlos de forma experimental y ver cuáles son las opciones para obtener las mejores respuestas finales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por A'ndrea Elyse Messer. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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