Dennis L.
Científicos de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU) han desarrollado una nueva estructura cristalina para células solares a base de bario, estroncio y titanato de calcio. Genera hasta 1000 veces más electricidad que las células solares de película delgada tradicionales.
(Alemania). En una publicación reciente en Science Advances, investigadores de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) muestran que las superredes ferroeléctricas / paraeléctricas ultradelgadas aumentan significativamente el rendimiento de las células solares. Al alternar una capa ferroeléctrica con una capa paraeléctrica en una estructura de rejilla, pudieron aumentar el rendimiento de una celda fotovoltaica convencional en un factor de mil. Las nuevas superredes podrían ayudar a revolucionar la energía solar.
Dado que la eficiencia de los productos fotovoltaicos cristalinos es limitada, durante años se han buscado alternativas que permitan mayores niveles de eficiencia. La Universidad de Halle-Wittenberg comenzó a trabajar en dichos materiales hace unos años, incluidos ferroeléctricos como el titanato de bario, un óxido mixto compuesto de bario y titanio.
Todo depende de la combinación correcta de materiales.
Las células solares de tres capas dominan en términos de rendimiento y eficiencia; sin embargo, las combinaciones ideales requieren estos cristales especiales. Por ejemplo, el titanato de bario puro absorbería muy poca luz solar. La combinación en capas extremadamente delgadas, por otro lado, aumentaría enormemente el rendimiento. “Es importante que un material ferroeléctrico se alterne con un material paraeléctrico. Aunque este último no tiene cargas separadas, puede volverse ferroeléctrico en determinadas condiciones, como a bajas temperaturas o ligeros cambios en la estructura química ”, explica el físico Akash Bhatnagar.
Dado que la capa ferroeléctrica se alterna con dos capas paraeléctricas diferentes, el efecto fotovoltaico es mucho más fuerte que las células solares multicapa convencionales. Esto significa que es hasta 1000 veces más eficiente. «Incorporamos titanato de bario entre el estroncio y el titanato de calcio», explica Yeseul Yun, estudiante de doctorado en MLU y primer autor del estudio. “Para hacer esto, los cristales se vaporizan con un láser de alto rendimiento y se vuelven a depositar sobre sustratos de soporte. El material así producido está compuesto por 500 capas y tiene un espesor de unos 200 nanómetros ».
Los experimentos de laboratorio son innovadores
El material se irradió con luz láser para mediciones fotoeléctricas. En comparación con el titanato de bario puro de espesor similar, el flujo de corriente fue hasta 1000 veces más fuerte con la misma proporción de titanato de bario que el componente fotoeléctrico principal. «Aparentemente, la interacción de las capas reticulares conduce a una permitividad mucho mayor, lo que significa que los electrones pueden fluir mucho más fácilmente debido a la excitación de los fotones de la luz», explica Bhatnagar. Según los investigadores, el efecto observado es muy constante y durante un período de seis se ha mantenido casi constante durante meses.
Incluso los científicos quedaron desconcertados por los resultados. Una mayor investigación debería mostrar ahora por qué esta estructura es mucho más eficiente que las células solares ordinarias. Sin embargo, los investigadores ya confían en que su trabajo de investigación pronto encontrará una aplicación práctica y reemplazará gradualmente a los módulos solares convencionales. “La estructura de capas muestra un rendimiento más alto que un ferroeléctrico puro en todos los rangos de temperatura. Además, los cristales utilizados son mucho más resistentes y no requieren ningún embalaje especial ”, dice Bhatnagar.
