Efecto cuántico único hallado en nanocristales de silicio

Los materiales de punto cuántico pueden mejorar la eficiencia de las células solares de silicio.

Investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables del Departamento de Energía de los Estados Unidos (NREL), en colaboración con Innovalight, Inc., han mostrado un nuevo e importante efecto llamado Generación de Excitones Múltiples (MEG) que tiene lugar de forma eficiente en los nanocristales de silicio. MEG surge como consecuencia de la formación de más de un electrón por fotón absorbido.

El silicio es el material semiconductor predominante en las células solares usadas hoy día, representando más del 93 por ciento del mercado de células fotovoltaicas. Hasta este descubrimiento, se había informado de la ocurrencia de MEG en nanocristales en los dos últimos años (también llamados puntos cuánticos) de materiales semiconductores que no se usan actualmente en las células solares comerciales, y los cuales contenían materiales dañinos ambientalmente (como el plomo). El nuevo resultado abre las puertas a aplicaciones potenciales de MEG para mejorar enormemente la conversión de la eficiencia de las células solares basadas en el silicio debido a que se convierte más energía solar en electricidad. Este es un paso adelante clave en hacer la energía solar más competitiva en costes con respecto a las fuentes de energía convencionales.

En un artículo publicado en la versión inicial on-line del 24 de julio de la revista de la Sociedad de Química Americana Nano Letters Journal, un equipo de NREL informó que los nanocristales de silicio, o puntos cuánticos, obtenidos de Innovalight pueden producir más de un electrón por cada fotón individual de luz solar que tiene longitudes de onda mejores de 420 nm. Cuando las células fotovoltaicas solares de hoy absorben un fotón, aproximadamente el 50 por ciento de la energía incidente se pierde en forma de calor. MEG proporciona una forma de convertir parte de esta energía perdida como calor en electricidad adicional.

Los nanocristales de silicio producidos por Innovalight, Inc., un productor de células solares de capa fina con base en Santa Clara, California, fueron estudiados en NREL como parte de una colaboración entre NREL y los científicos de Innovalight. El equipo de NREL está compuesto por Matthew C. Beard, Kelly P. Knutsen, Joseph M. Luther, Qing Song, Wyatt Metzger, Randy J. Ellingson y Arthur J. Nozik.

Los hallazgos representan una importante extensión del rango de materiales semiconductores que exhiben MEG y son una mayor confirmación de un trabajo iniciado por Nozik, que en 1997 predijo que los puntos cuánticos semiconductores podrían exhibir multiplicación electrónica eficiente y por tanto mayor eficiencia en las células solares.

Hasta la fecha, todos los experimentos que muestran la producción de más de un electrón por fotón absorbido han estado basados en distintos tipos de espectroscopía óptica. En un dispositivo de célula solar es necesario extraer los electrones producidos en los puntos cuánticos y pasarlos a través de un circuito externo para generar energía eléctrica. Tales experimentos están actualmente en desarrollo en NREL, Innovalight y otros laboratorios para demostrar que MEG puede llevar efectivamente a una mejora en la eficiencia de las células solares. Los cálculos de NREL realizados por Mark Hanna y Nozik han mostrado que la eficiencia teórica máxima de las células solares de punto cuántico exhibiendo un MEG óptimo es de aproximadamente un 44 por ciento con luz solar normal no concentrada y de un 68 por ciento con luz solar concentrada en un factor de 500 mediante unos espejos o lentes especiales. Las células solares convencionales actuales que producen un electrón por cada fotón tienen una eficiencia máxima de un 33 por ciento y un 40 por ciento respectivamente, bajo las mismas condiciones solares.

Además de extraer eficientemente los electrones de los puntos cuánticos en las células solares, las investigaciones futuras se dirigen a producir MEG a longitudes de onda que cubran una mayor parte del espectro solar, así como producir un inicio más afinado de los procesos del MEG decrementando las longitudes de onda de los fotones.

NREL es el principal laboratorio nacional del Departameto de Energía de los Estados Unidos para investigación en energías renovables y eficiencia energética y desarrollo. La investigación de NREL fue patrocinada por la Oficina Cientítica del Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Oficina de Ciencias de Energía Basica, la División de Ciencias Químicas, Geociencias, y Biociencias. NREL está gestionado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos a través del Instituto de Investigación del Medio Oeste y Battelle.



Fecha Original: 24 de julio de 2007
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Comments (0)

  1. [...] Efecto cuántico único hallando en nanocristales de siliciowww.cienciakanija.com/2007/08/08/efecto-cuantico-unico-halla… por mezvan hace pocos segundos [...]

  2. Barryaxl

    Hola estaba buscando informacion sobre eficiencia cuantica de una celula solar de forma circular esas q se usan para laboratorio y llegue hasta aqui mi duda se ha despejado no al 100% pero bueno.
    estaba buscando una forma de encontrar la eficiencia cuantica de esta celula de silicio si uds. tienes una formula de como encontrar dicha eficiencia cuantica seria genial que la compartieran no solo conmigo sino hay muchos estudiantes de diferentes univ. que tenemos algunos problemas para encontrar dicha informacion en textos.
    1000 gracias

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