Aumentar la eficiencia de las células solares en más de un 10% gracias a la nanotecnología

Un equipo de investigación ha mejorado la nanoestructura de las células solares, aumentando la eficiencia en más de un 10% y abriendo nuevas aplicaciones para la tecnología de energía limpia.

Un equipo de investigación del Instituto de Ciencias Físicas de Hepei, dependiente de la Academia de Ciencias de China, acaba de anunciar un nuevo método para aumentar la eficiencia de las células solares en más de un 10% optimizando la nanoestructura de los materiales fotovoltaicos.

En el estudio, los científicos desarrollaron con éxito una técnica para ajustar la distancia entre nanobarras de dióxido de titanio (TiO₂) sin modificar su tamaño individual. Estas nanobarras monocristalinas son conocidas por su absorción de luz y conductividad eléctrica, y se utilizan ampliamente en células solares, sensores y fotocatalizadores.

La estructura de nanobarras de dióxido de titanio con espaciado ajustable mejora la capacidad de atrapar luz y mejora la eficiencia de conversión de energía en las células solares.

Un problema técnico previo era que ajustar la densidad de las nanobarras solía implicar cambios simultáneos de altura y diámetro, lo que afectaba el rendimiento del dispositivo. Para solucionarlo, el equipo extendió la etapa de hidrólisis durante la formación de la película precursora. Esta extensión resultó en la formación de cadenas de gel más largas, lo que resultó en partículas de anatasa más pequeñas. Al tratar hidrotérmicamente la película de anatasa, estas partículas se convirtieron in situ en rutilo, que sirvió como semilla para el crecimiento de las nanobarras.

De esta manera, el equipo creó películas de TiO₂ con diámetro y altura de nanobarras constantes, manteniendo la densidad de distribución bajo control. Al integrar estas películas en células solares de CuInS₂ (procesadas a bajas temperaturas), se alcanzó una eficiencia de conversión energética de hasta el 10,44 %.

Para explicar el mecanismo de funcionamiento, los autores propusieron un modelo de volumen-superficie-densidad, que analiza la relación entre la densidad de nanobarras y la capacidad de absorber luz, separar la corriente y recuperar portadores. Este modelo demuestra que ajustar la distancia entre nanopilares no solo afecta la óptica, sino que también ayuda a reducir la pérdida de energía y a aumentar la capacidad de captar cargas, mejorando así el rendimiento general del dispositivo.

Además de sus aplicaciones en células solares, la técnica también abre nuevas perspectivas en los campos de la optoelectrónica y la catálisis, donde las nanoestructuras desempeñan un papel decisivo en el rendimiento. Al controlar el proceso de formación de la estructura a nivel microscópico, el nuevo método contribuye significativamente al desarrollo de materiales de alto rendimiento sin necesidad de tecnologías de fabricación costosas o complejas.

Este estudio no sólo proporciona una solución para mejorar las células solares, sino que también presenta un sistema completo que vincula las condiciones de fabricación, el proceso de formación de la microestructura y la optimización del rendimiento del dispositivo, una contribución significativa a la futura tecnología de energía limpia.

Fuente: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html