Una ingeniosa apuesta: estas células solares de nanohilos fotovoltaicos se pondrán a prueba en el espacio

Un equipo de investigación en nanoingeniería de la Universidad de Lund que trabaja en células solares hizo un descubrimiento en 2022 cuando consiguió construir nanohilos fotovoltaicos con tres brechas de banda variadas.

Los nanohilos son muy superiores a la hora de fabricar células solares de alta eficiencia y bajo costo gracias a sus avanzadas propiedades, como la combinación epitaxial de materiales de retícula desigual sin deformación plástica. Esto podría aprovecharse para sintetizar células solares axiales de nanohilos con unión en tándem de alta eficiencia y bajo coste de material.

Las células solares de nanohilos ya están en el espacio

Dado que los nanohilos son ligeros y necesitan poco material por unidad de superficie, actualmente se van a instalar para realizar pruebas en satélites alimentados por células solares, donde la eficiencia, unida al bajo peso, se considera el factor más importante. Hace unos días, las nuevas células solares fueron enviadas al espacio.

Para probar sus materiales, el equipo acaba de instalar las células solares de nanohilos en un satélite de investigación. El satélite fue enviado al espacio en la segunda semana de enero por los socios colaboradores de los investigadores en el Instituto Tecnológico de California, Caltech, en Estados Unidos. El satélite estará en órbita durante la primavera, y se espera recibir los resultados de forma continuada.

Las células solares en tándem basadas en silicio están ganando mucho interés e incluyen la colocación de películas finas y semitransparentes de otro material captador de luz sobre el silicio. Algunas investigaciones sugieren que podrían duplicar aproximadamente la eficiencia de las células solares de silicio comerciales actuales.

El método más general utilizado para construir células solares en tándem consiste en sintetizar varios materiales semiconductores superpuestos. Además, los materiales tienen el potencial de absorber distintas partes del espectro solar.

Las células solares en tándem de silicio suelen construirse sintetizando diferentes materiales semiconductores uno sobre otro. Los investigadores de Lund utilizan un método ligeramente distinto.

Han desarrollado un método único para construir barras extremadamente finas de material semiconductor sobre un sustrato. Esto les permite utilizar una pequeña cantidad de material por unidad de superficie, lo que reduce los costos de producción y hace que el método sea respetuoso con el medio ambiente.

El año pasado, los investigadores consiguieron construir nanohilos fotovoltaicos con tres bandas de separación diferentes. Esto significa que un mismo nanohilo está formado por tres materiales diferentes que reaccionan a distintas partes de la luz solar.

Figura 1. Conjunto de nanohilos diseñado para captar la energía solar en geometría axial, con el fin de aprovechar óptimamente las distintas partes del espectro solar. Imagen de Lund University / Martin Magnusson.

Eficiencia de las células solares de nanohilos

Las varillas de nanómetros de grosor se componen de tres materiales con distintas cantidades de indio, galio, arsénico y fósforo. En pruebas de laboratorio con estos materiales, los investigadores han logrado hasta ahora una eficiencia del 16,7%. Sin embargo, creen que las células solares de nanohilos podrían alcanzar una eficiencia del 47% utilizando la estructura actual con más huecos de banda.

Además de su mejor absorción de la luz, las células solares de nanohilos también poseen la durabilidad necesaria para los viajes espaciales.