Cel·les solars de doble capa

Els científics de materials de l'Escola d'Enginyeria Samueli de la Universitat de California Los Angeles (UCLA) han desenvolupat una cèl·lula solar de pel·lícules molt eficients que genera més energia de la llum del Sol que els panells solars típics, gràcies al seu disseny de doble capa.

El dispositiu es realitza mitjançant la polvorització d'una fina capa de perovskita, un compost barat de plom i iode que s'ha demostrat que és molt eficient en la captura de l'energia de la llum solar a una cel·la solar comercialment disponible. La cèl·lula solar que forma la capa inferior del dispositiu està formada per un compost de coure, indi, gali i selenidi, o CIGS.
La nova cel·la de l'equip converteix el 22,4 per cent de l'energia entrant del Sol, un registre en l'eficiència de conversió de potència per a una cèl·lula solar tàndem perovskita-CIGS. El rendiment es va confirmar en les proves independents del Laboratori Nacional d'Energies Renovables del Departament d'Energia dels EUA. (El registre anterior, establert el 2015 per un grup al Centre d'Investigació Thomas J. Watson d'IBM, va ser del 10,9 per cent.) La taxa d'eficiència del dispositiu UCLA és similar a la de les cel·les solars de poli (silici) que actualment dominen el mercat fotovoltaic.
La investigació, que es va publicar ecentment a la revista Science, va estar encapçalada per Yang Yang Carol, de la UCLA i Lawrence E. Tannas Jr., Professor de Ciència de Materials.
Amb aquest disseny de cel·les solars tàndem, s'està aprofitant l'energia de dues parts diferents de l'espectre solar a la mateixa zona de dispositius, de manera que augmenta la quantitat d'energia generada a partir de la llum del sol en comparació amb la capa CIGS sola.
La tècnica de polvorització sobre una capa de perovskita podria incorporar-se fàcilment i de forma econòmica als processos de fabricació de cel·lulars existents.

La capa de base CIGS de la cèl·lula, que és d'uns 2 micres (o dos mil·lèsimes de mil·límetre), absorbeix la llum del sol i genera energia a un ritme d'eficàcia del 18,7 per cent, però afegint la capa perovskita d'1 micra de gruix, millora la seva eficiència. Les dues capes s'uneixen mitjançant una interfície a nivell de nanoescala que els investigadors de l'UCLA han dissenyat; la interfície ajuda a donar al dispositiu un voltatge més alt, cosa que augmenta la quantitat d'energia que pot exportar.
I tot el muntatge s'asseu sobre un substrat de vidre de 2 mil·límetres de gruix.

Aquesta tecnologia va augmentar el rendiment de les cèl·lules solars CIGS existents en gairebé un 20 per cent del seu rendiment original, el que significa una reducció del 20 per cent dels costos energètics.
Els dispositius que utilitzen el disseny de dues capes podrien arribar a un 30% d'eficiència de conversió d'energia. Aquest serà el següent objectiu del grup de recerca.

Font: UCLA Samueli School of Engineering

Optimització de les plaques fotovoltaiques

Els investigadors de l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia (NIST) han desenvolupat un recobriment a nivell de nanoescala per a les cèl·lules solars que els permet absorbir al voltant d'un 20% més de llum solar que els dispositius sense recobrir. El recobriment, aplicat amb una tècnica que es podria incorporar a la fabricació, obre una nova via per desenvolupar cel·les solars de baix cost i d'alta eficiència amb materials abundants, renovables i respectuosos amb el medi ambient.

El recobriment es compon de milers de petits comptes de vidre, de només una centèsima part de l'amplada d'un cabell humà. Quan la llum del sol incideix en el recobriment, les ones de llum es dirigeixen al voltant de la bola a nanoescala, similar a la forma en què les ones sonores recorren un mur corb com la cúpula de la catedral de Sant Pau de Londres. En aquestes estructures corbes, conegudes com galeries murals acústiques, una persona que es troba prop d'una part de la paret fàcilment escolta un so feble originat en qualsevol altra part de la paret.
Les galeries per a la llum es van desenvolupar fa una dècada, però els investigadors només han explorat recentment el seu ús en recobriments de cèl·lules solars. En la configuració experimental dissenyada per un equip de la Universitat de Maryland, la llum capturada pel recobriment del nanoressonador eventualment es filtra i és absorbida per una cèl·lula solar subjacent feta d'arseniur de gal·li.

Utilitzant un làser com a font de llum per excitar els nanoressonadors individuals en el recobriment, l'equip va observar que les cel·les solars recobertes absorbeixen, de mitjana, un 20% més de llum visible que les cel·les nues. Les mesures també van revelar que les cèl·lules recobertes produïen prop d'un 20% més de corrent.
L'estudi és el primer a demostrar l'eficiència dels recobriments amb mesures de precisió a escala nanomètrica, encara que els càlculs ja havien donat resultats que donaven a entendre aquesta millora, però no s'ha pogut demostrar fins que s'han desenvolupat les tecnologies de mesurament a nivell de nanoescala.

L'equip també va idear un mètode ràpid i menys costós d'aplicar el recobriment del nanoressonador. Els investigadors havien recobert prèviament material semiconductor submergint-lo en una tina de la solució de nanoressonador. El mètode d'immersió necessita temps i es recobreix per ambdós costats del semiconductor, tot i que només un costat requereix del tractament.

En el mètode d'aquest equip, les gotes de la solució de nanoressonador es van col·locar en un sol costat de la cel·la solar. Aleshores, es tira una canya metàl·lica de filferro a través de la cel·la, estenent la solució i es forma un recobriment fet de nanoressonadores molt empaquetat.


Font: National Institute of Standards and Technology