Récord de eficiencia de conversión en una célula solar de matriz de nanohilos

Dibujo20130117 InP Nanowire Array Solar Cells Exceeding the Ray Optics Limit

Las células solares fotovoltaicas de silicio amorfo son baratas, pero su rendimiento es bajo (del 5% al 7%), mientras que las de silicio monocristalino son caras, con un rendimiento más alto (del 14% al 16%). Una alternativa barata y de buen rendimiento son las células solares de matriz de nanohilos de silicio. Jesper Wallentin (Universidad de Lund, Suecia) y sus colegas publican hoy en Science la célula solar de matriz de nanohilos más eficiente hasta el momento, pero que utiliza fosfuro de indio (InP) en lugar de Si para minimizar la recombinación entre electrones y huecos. El nuevo diseño ha logrado una eficiencia de conversión de η = 13,8% y una densidad de fotocorriente de Jsc = 24,6 mA/cm². Como los nanohilos de InP dopado en una estructura p-i-n sólo cubren el 12% de la superficie, su coste de fabricación es menor que el de una célula solar planar (en  la que el InP cubre el 100% del área), que alcanzan Jsc = 29,5 mA/cm², con un límite teórico de 34,5 mA/cm² (bajo la hipótesis de que cada fotón incidente con energía por encima de la banda prohibida del InP genera un par electrón-hueco). En la nueva célula solar, la óptica de rayos no es apropiada para describir la interacción de la luz con la estructura porque los nanohilos tienen un tamaño (unos 180 nm) por debajo la longitud de onda de la luz incidente; de hecho, aplicando la óptica de rayos se predice una fotocorriente teórica máxima sc de 4,2 mA/cm², casi seis veces menor que la obtenida en los experimentos. Por cierto, en el artículo proclaman haber fabricado sólo 7 células solares con el nuevo diseño, con una eficiencia media del 12,0% (desviación estándar del 1,4%). Su durabilidad y degradación con el tiempo se estima en un 0,5% en 6 meses (pero se requieren estudios a más largo tiempo). La escalabilidad del nuevo diseño parece fácil de lograr, pero tampoco ha sido demostrada (las células fabricadas tienen tamaño milimétrico y son poco útiles en una instalación fotovoltaica realista). Queda mucho por hacer, pero se ha dado un gran paso. Nos lo cuenta Robert F. Service, “Performance of Nanowire Solar Cells on the Rise,” Science 339: 263, 18 Jan 2013, quien se hace eco del artículo técnico de Jesper Wallentin et al., “InP Nanowire Array Solar Cells Achieving 13.8% Efficiency by Exceeding the Ray Optics Limit,” Science Express, Jan 17 2013 [DOI].

Dibujo20130117 Electromagnetic modeling

En teoría se podría llegar a mejorar la densidad de fotocorriente de la nueva célula solar de matriz de nanohilos con una técnica de fabricación que garantice una distribución más uniforme de los nanohilos y una reducción en el número de imperfecciones en su superficie. Los nanohilos tienen un área superficial muy grande en relación a su volumen, lo que es un inconveniente porque los defectos de la superficie actúan como centros de recombinación para electrones y huecos, luego producen pérdidas en la fotocorriente. Se requieren técnicas de control muy estrictas del crecimiento de los nanohilos que minimice este fenómeno. Además, el nuevo diseño puede aportar información relevante para la mejora de las técnicas de fabricación de células solares de matriz de nanohilos de silicio.

El mercado de los paneles solares está saturado y los fabricantes no están interesados en construir nuevas fábricas con nuevas tecnologías. La ventaja de las células solares de matriz de nanohilos de silicio es que pueden fabricarse en las líneas de producción convencionales sin introducir grandes cambios. Además, la oblea de silicio necesaria para la célula solar puede ser más fina y se pueden usar hilos de cobre en lugar de plata, lo que supone ahorros adicionales. Más aún, otras tecnologías que prometen rendimientos más altos incrementan mucho los costes de fabricación pues requieren un rediseño completo, casi desde cero, de las líneas de producción; solo un mercado boyante permitirá dar dicho paso.

La única tecnología que puede competir con el silicio a medio plazo en fabricación masiva son los puntos cuánticos (quantum dots) que podrían copar el mercado si como prometen algunos foros sus costes de fabricación se reducen tras su introducción masiva en el mercado de consumo (QD Vision se ha asociado con Sony Corporation para fabricar pantallas de TV basadas en puntos cuánticos).  Sobre los puntos cuánticos y TV, Katherine Bourzac, “Quantum dots go on display. Adoption by TV makers could expand the market for light-emitting nanocrystals,” Nature News, 15 Jan 2013.

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6 pensamientos en “Récord de eficiencia de conversión en una célula solar de matriz de nanohilos

  1. <>

    Eso quiere decir: ¿que existe una burbuja de la energía solar que retrasa el desarrollo de la tecnología basada en quantum dots? ¿o bien que hay una estrategia de largo recorrido, en la cual los quantum dots se guardan como una baza comercial para el futuro? ¿o que nadie se arriesga a ser el primer actor en el proceso de difusión tecnológica?

    • perdón!
      me referia a la cita:
      “El mercado de los paneles solares está saturado y los fabricantes no están interesados en construir nuevas fábricas con nuevas tecnologías. ”
      (no sabia que se podian introducir tags en los comentarios)

    • La patente europea es “SHANNON SECURITY DOUBLE SYMMETRICAL CRYPTOGRAM METHOD BY CODING INFORMATION FOR TELEMATIC AND ELECTRONIC TRANSMISSION” WO2012152956 [PDF].

      Una buena discusión sobre la patente, que denota que el autor no es experto en cifrado, siguiendo este enlace.

      Este ex-profesor de física teórica de la Univ. Valencia va a “comercializar” su algoritmo en su propia empresa (una sociedad limitada) Crypto-Res. Lo único que se puede decir es “desearle que tenga suerte.”

  2. Sugerencia a Francis, estaría bien un enlace a una galería de fotos, algunas de las que publicas son muy buenas pero no se pueden encontrar a posteriori.

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