Nano-células solares absorven 10 veces más energía

Unos ingenieros de la universidad de Stanford afirman que la luz se comporta de manera diferente a escalas cercanas al nanómetro. Creando células solares más delgadas que la longitud de onda de la luz, los ingenieros dicen que es posible atrapar los fotones dentro de la célula durante más tiempo, aumentando la posibilidad de que sean absorbidos, y por lo tanto incrementando la eficiencia de la célula solar. De esta manera calculan que configurando correctamente el grosor de varias láminas de film, estas láminas de polímero orgánico podrían absorber hasta 10 veces más energía de la luz solar que lo previsto por la teoría convencional.

La clave para superar los límites teóricos se basa en atrapar la luz solar el tiempo suficiente dentro de la célula para poder absorber la mayor cantidad de energía de esta, utilizando una técnica llamada “light trapping” (atrapamiento de luz). Esta técnica ya había sido usada durante décadas con paneles solares de silicona, y se lleva a cabo al hacer más rugosa la superficie de la silicona para provocar que la luz entrante rebote por dentro de la célula solar en vez de reflectarse hacia fuera como en el caso de un espejo. Pero a lo largo de los años los investigadores se habían visto incapaces de aumentar la eficiencia de las típicas células de escala normal.

Dualidad de la luz:        

La luz tiene una doble naturaleza, comportándose a veces como partícula y otras como onda de energía. Como onda, la luz visible tiene una longitud de onda de entre 400 y 700 nanómetros y Shanhui Fan (profesor asociado de ingeniería eléctrica) y Zongfu Yu (investigador post doctoral), decidieron explorar si los límites convencionales al atrapar la luz se mantenían verdaderos en estas nano-escalas.

Descubrieron que incluso en la longitud de onda de la luz visible, los límites teóricos se mantenían verdaderos pero al investigar el comportamiento de la luz dentro de materiales más pequeños que la longitud de onda de la luz se mostró evidente la posibilidad de retener la luz por un tiempo mayor y así aumentar la absorción por encima de los límites convencionales de las macro-escalas.

Construcción de una nano-célula solar:
Yu puso el film orgánico entre dos capas de un material que actuaba atrapando la luz una vez traspasaba la capa superior. Sobre esta capa superior colocó un film con superficie rugosa diseñada para enviar la luz entrante hacia varias direcciones. Variando los parámetros de las diferentes capas fue capaz de incrementar la absorción de la luz hasta 12 veces, comparándolo con los límites a macro-escala.

Además de tener una eficiencia energética superior, las células solares a nano escala también ofrecen una reducción en costes de materiales, ya que los polímeros orgánicos y otros materiales usados son más baratos que la silicona. Los materiales orgánicos también tienen la ventaja de ser producidos mediante reacciones químicas dentro de soluciones, en vez de utilizar altas temperaturas o procesos al vacío como en el caso de la fabricación de las placas solares de silicona.