Casi todas las semanas, la ciencia publica avances en la eficiencia de las células solares. Ahora, investigadores de la Universidad Martin Luther (MLU) de Halle-Wittenberg (Alemania) han descubierto que la generación de energía de los cristales ferroeléctricos de las células solares puede multiplicarse por mil si se disponen tres materiales diferentes en una red apta para generar electricidad.
Para lograr este incremento en la producción de energía eléctrica, los investigadores crearon capas cristalinas de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio, que colocaron alternativamente una encima de otra, separando las cargas positivas y negativas en un mismo dispositivo fotovoltaico. Esta disposición podría aumentar enormemente la eficiencia de los paneles solares.
En la actualidad, la mayoría de las células solares están basadas en el silicio, pero su eficiencia es limitada. Esto ha llevado a los investigadores a examinar nuevos materiales, como los ferroeléctricos, por ejemplo el titanato de bario, un óxido mixto de bario y titanio. A diferencia del silicio, los cristales ferroeléctricos no requieren la llamada unión PN para crear el efecto fotovoltaico, es decir, no hay capas dopadas positiva y negativamente, lo que facilita mucho la producción de módulos solares.
Sin embargo, el titanato de bario puro, un cristal ferroeléctrico, no absorbe mucha luz solar y, en consecuencia, genera una fotocorriente comparativamente baja. Al experimentar con las diferentes combinaciones de los materiales, los investigadores descubrieron que la combinación de capas extremadamente finas de diferentes materiales aumenta significativamente el rendimiento de la energía solar.
“Lo importante aquí es que un material ferroeléctrico se alterna con un material paraeléctrico. Aunque este último no tiene cargas separadas, puede convertirse en ferroeléctrico en determinadas condiciones, por ejemplo, a bajas temperaturas o cuando se modifica ligeramente su estructura química”, explica el físico Dr. Akash Bhatnagar, del Centro de Competencia en Innovación SiLi-nano de la MLU.
Bhatnagar y su equipo incrustaron el titanato de bario entre el titanato de estroncio y el titanato de calcio. Para ello, vaporizaron los cristales con un láser de alta potencia y los volvieron a depositar en sustratos portadores. Así se obtuvo un material formado por 500 capas de unos 200 nanómetros de grosor.
En comparación con el titanato de bario puro, el nuevo material fotoeléctrico irradiado con luz láser tenía un flujo de corriente 1.000 veces más fuerte y eficiente, incluso con la reducción de la proporción del elemento base de la mezcla en casi dos tercios.
“La interacción entre las capas de la red parece dar lugar a una conductividad mucho mayor, es decir, los electrones pueden fluir mucho más fácilmente debido a la excitación por los fotones de luz”, explica Bhatnagar. Las mediciones también demostraron que este efecto es muy robusto: se mantuvo casi constante durante un periodo de seis meses.
Ahora hay que seguir investigando para averiguar exactamente la causa del extraordinario efecto fotoeléctrico. Bhatnagar confía en que el potencial demostrado por el nuevo concepto pueda utilizarse para aplicaciones prácticas en paneles solares.
Noticia tomada de: Inceptive Mind / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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