Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. crearon una célula solar con una eficiencia récord del 39,5 % bajo iluminación global de 1 sol. Esta es la celda solar de mayor eficiencia de cualquier tipo, medida usando condiciones estándar de 1 sol.
Esta medida estándar equivale a 100 mW/cm2 de irradiancia y se refiere a la potencia por unidad de área recibida del sol en forma de radiación electromagnética medida en el rango de longitud de onda del instrumento de medición.
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Según los científicos, la nueva celda puede ser útil para aplicaciones de áreas muy restringidas o aplicaciones espaciales de baja radiación.
En un papel publicado en la revista Joulelos investigadores explican que la mejora en la eficiencia siguió a la investigación de células solares de «pozo cuántico», que utilizan muchas capas muy delgadas para modificar las propiedades de las células solares.
El galio es clave
En detalle, desarrollaron una celda solar de pozo cuántico con un rendimiento sin precedentes y la implementaron en un dispositivo con tres uniones con diferentes bandas prohibidas, donde cada unión se ajusta para capturar y utilizar una porción diferente del espectro solar. La unión superior está hecha de fosfuro de galio-indio (GaInP), la mitad de arseniuro de galio (GaAs) con pozos cuánticos y la parte inferior de arseniuro de galio-indio (GaInAs).
“Un elemento clave es que, si bien el GaAs es un material excelente y generalmente se usa en celdas de unión múltiple III-V, no tiene la banda prohibida correcta para una celda de tres uniones, lo que significa que el equilibrio de fotocorrientes entre las tres celdas no es óptimo. ”, dijo Ryan France, científico principal y diseñador de células.
“Aquí, hemos modificado la banda prohibida mientras mantenemos una excelente calidad del material mediante el uso de pozos cuánticos, lo que permite este dispositivo y potencialmente otras aplicaciones”.
Los científicos utilizaron pozos cuánticos en la capa intermedia para ampliar la banda prohibida de la celda de GaAs y aumentar la cantidad de luz que la celda puede absorber. Es importante destacar que desarrollaron dispositivos de pozo cuántico ópticamente gruesos sin una pérdida importante de voltaje. También aprendieron a recocer la celda superior de GaInP durante el proceso de crecimiento para mejorar su rendimiento y minimizar la densidad de dislocaciones de subprocesos en GaInAs con desajuste de red. En conjunto, estos tres materiales informan el nuevo diseño de la celda.
Luego, se probó la nueva celda para determinar qué tan eficiente sería en aplicaciones espaciales, especialmente para satélites de comunicaciones, que funcionan con celdas solares y para los cuales la alta eficiencia de la celda es crucial, y obtuvo un 34,2% para una medición del comienzo de la vida. .
El diseño actual de la celda es adecuado para entornos de baja radiación, y las aplicaciones de mayor radiación pueden habilitarse mediante un mayor desarrollo de la estructura de la celda.
