El límite fundamental del atrapamiento de luz y las células solares

Célula nanofotónicaLos físicos han calculado el límite fundamental a la cantidad de luz que puede ser atrapada en una célula solar nanofotónica.

Una forma de mejorar la eficiencia de las células solares es permitir que la luz rebote en el interior de la misma, incrementando las posibilidades de que sea absorbida. Una forma de lograr esto es hacer más rugosa la superficie de una célula de silicio, de forma que los fotones que entren en el material tiendan a ser reflejados dentro del mismo. Pero, ¿cuánta mejora en el rendimiento puede lograr este atrapamiento de luz?

En la década de 1980, varios físicos calcularon que cualquier incremento no podía ser mayor de 4*n2, donde n es el índice refractivo del material. Esta es una mejora decente.

Pero las cosas han cambiado desde la década de 1980, en parte porque ahora es posible hacer capas de silicio mucho más finas que la longitud de onda de la luz que se espera que absorba y excavar en estas capas intrincados patrones. ¿Cómo cambia esta tecnología nanofotónica el efecto de atrapamiento de la luz?

Hoy, Zongfu Yu y sus colegas de la Universidad de Stanford en California, abordan esta cuestión y dicen que la nanofotónica cambia la situación drásticamente.

Esto se debe, básicamente, a que el atrapamiento de la luz funciona de forma distinta a estas escalas. En lugar de una reflexión interna total, la luz queda atrapada en la superficie de nanocapas, que actúan como guías de onda. Este incremento en la cantidad de tiempo que pasa el fotón en el material también mejora las opciones de absorción.

Debido a la geometría de las capas, algunas longitudes de onda son atrapadas mejor que otras, y esto da lugar a resonancias en ciertas frecuencias.

Lo que Yu y compañía demuestran es que diseñando las capas de una forma que atrapen la luz de forma efectiva, es posible superar el antiguo límite en un margen sustancial.

Estudian en particular una célula con un patrón diseñado para atrapar la luz en su superficie y calculan que puede mejorar la absorción a 12*n2, una mejora significativa.

Esto es importante debido a que coloca un nuevo límite fundamental a la cantidad de luz que puede atratar una célula nanofotónica.

Los físicos han sabido desde hace tiempo que las células solares finas son mejores por un número de razones: usan menos material por lo que son más baratas y hacen que los electrones que generan sean más fáciles de recolectar, haciéndolas potencialmente más eficientes. Ahora saben que el atrapamiento de luz es más efectivo también en las capas finas.

Viene bien saberlo debido a que cuando se trata de mejorar las células fotovoltaicas, cualquier detalle ayuda.



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

Fecha Original: 20 de abril de 2010
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