Límite fundamental de luz atrapada en células solares

Una forma de mejorar el rendimiento de las células solares es permitir que la luz rebote dentro de ellas, incrementando así las posibilidades de que sea absorbida. Una manera de conseguir esto es crear una superficie más rugosa de células de silicio, de forma que los fotones que entran en el material tienden a verse reflejadas dentro de él. ¿Pero hasta qué punto esta manera de atrapar la luz mejora el rendimiento?

En los años 80, varios físicos calcularon que ningún incremento puede ser mayor de 4n^2, donde n es el índice de refracción del material. Es decir, una mejora considerable.

Pero las cosas han cambiado desde los 80, y no han cambiado poco, ya que ahora es posible hacer capas de silicio mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz que se espera que absorban y tallar diferentes formas en estas capas. ¿Cómo cambia esta tecnología la absorción de la luz?

Hoy, Zongfu Yu y sus compañeros de la Universidad de Stanford en Californa, han respondido a esta pregunta y sostienen que la nanofotónica cambia las reglas del juego.

Célula sola

Célula solar. Technology Review.

Esto se debe sobre todo a que la forma de atrapar la luz es diferente en función del tamaño. En vez de una reflexión interna total, la luz se atrapa en la superficie de las nanocapas, que actúan como vías de las ondas. Esto implica que los fotones pasan más tiempo en el material incrementando así las posibilidades de absorción.

Debido a la geometría de las capas, algunas longitudes de onda se quedan atrapadas mejor que otras y esto hace que las resonancias a determinadas frecuencias aumenten.

Lo que Yu sugiere es que diseñando las capas de forma que atrapen la luz de forma efectiva, es posible superar el límite antiguo por un gran margen.

El estudio que ha realizado se basa en los estudios hechos a una célula diseñada específicamente para atrapar la luz en su superficie y calculan que se puede incrementar la absorción 12*n^2 veces. Un incremento considerable.

Esto es muy importante ya que sitúa el límite fundamental de luz que puede ser absorbida en una célula nanofotónica en un nivel muy superior.

Los físicos saben desde hace tiempo que las células solares son mejores por muchas razones: utilizan menos material por lo que son más baratas y los electrones que producen son más fáciles de utilizar. Ahora también saben que la luz atrapada es más eficiente cuanto más delgadas sean las capas.

Puede venir bien porque en lo que se refiere a mejorar las células fotovoltaicas, cualquier ayuda es bienvenida.

Ref: arxiv.org/abs/1004.2902: Fundamental Limit of Nanophotonic Light-trapping in Solar Cells

Este artículo ha sido traducido de Technology Review y publicado bajo licencia CC by-sa
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