La eficiencia de las fotocélulas de nanocables aumentó a 17.8%

Estructura esquemática de una fotocélula de nanocables Los

investigadores de la Universidad Técnica de Eindhoven (Países Bajos) establecieron un nuevo récord para la eficiencia de las fotocélulas con un nanocable: 17,8%. Este es un tipo relativamente nuevo de célula solar que se inventó hace menos de una década. En tan poco tiempo, logró acercarse a los tipos tradicionales de células solares de una capa en eficiencia.

Tal progreso rápido indica que las fotocélulas de nanocables son una tecnología muy prometedora. Los inventores hablaron de esto desde el principio. El "enfoque" de los fotones a través de nanocables se ve tan seductor que uno puede soñar con un aumento dramático en la eficiencia.


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2013 () () (pdf) 1 ²con nanofibras de pie de arseniuro de galio. Bajo luz solar normal, se eliminó de la fotocélula una corriente correspondiente a 24,6 mA por centímetro cuadrado de superficie. De hecho, las nanofibras de pie concentraron la luz de un área 15 veces su sección transversal total.

Dichos indicadores fenomenales se explican por la resonancia de las ondas de luz visibles, cuya longitud es menor que la sección transversal de la fibra estacionaria. Frente a las fibras estacionarias, las ondas vecinas entran en resonancia. La red de fibras estacionarias como una aspiradora "absorbe" la luz ambiental en sí misma.

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Si aceptamos "trampa" con resonancia, las nanofibras generalmente deberían superar el límite fundamental de Shockley-Quisser , que es 33.7% para una celda con una unión pn, 42% para una celda de dos capas, 49% para una de tres capas y 68% para una celda hipotética con infinito Número de capas.

Eficiencia récord de varios tipos de células solares, 1976-2016


Poco después de los primeros prototipos, otros científicos comenzaron a experimentar con fotocélulas de nanocables reales. La eficiencia de tales elementos comenzó a crecer rápidamente.

Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Técnica de Eindhoven demostró por primera vez en condiciones reales la eficiencia de una fotocélula de nanocables del 17,8%. Según los investigadores, esto está lejos del límite. Los autores del trabajo científico, Dick van Dam (Dick van Dam) e Inchao Tsui (Yingchao Cui) están seguros de que el récord caerá rápidamente. Predicen que el umbral de eficiencia del 20% se superará en dos años. El aumento en la eficiencia se debe al trabajo teórico de los físicos que calcularon una forma y diámetro de nanofibras más eficientes, así como su posición relativa. Su logro es precisamente en la optimización del "bosque" de nanofibras, lo que ha reducido el número de defectos.

El logro récord anterior para este tipo de célula solar fue del 15,3%. Este resultado fue demostrado por investigadores de la Universidad de Lund (Suecia). Se cree que el límite teórico de eficiencia para una fotocélula de nanocables es del 46%, es decir, mucho más alto que el límite fundamental de Shockley-Kweisser para elementos tradicionales en los que el efecto de resonancia no está involucrado.

Los científicos enfatizan que otra ventaja de las fotocélulas de nanocables es su bajo costo teórico en producción en masa, incluso en comparación con la tecnología de décadas de antigüedad para la fabricación de fotocélulas tradicionales. Una ventaja importante es que se requiere cinco veces menos material para hacer nuevas celdas. No solo es más barato y energéticamente eficiente. Cuanto menos material, menos defectos y lotes defectuosos. Al menos teóricamente.

Para que las fotocélulas de nanocables sean comercialmente atractivas, deben compararse con los elementos convencionales en cuanto a costo y eficiencia. Para hacer esto, debe llevar la eficiencia al menos al 25% y mejorar el proceso técnico de su fabricación. Se puede lograr una mayor reducción de costos al pasar del uso de metales raros como el arseniuro de galio y el fosfuro de indio al silicio más común. Otra forma de reducir el costo es la invención del proceso tecnológico para la producción de células solares sin el uso de un sustrato grueso.

17 2016 (PhD) . , . .

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Source: https://habr.com/ru/post/es398483/