El diseño de celda solar de «tablero de ajedrez» podría aumentar eficiencia y hacer que los paneles sean mucho más baratos
La tecnología solar avanza a pasos agigantados, un nuevo descubrimirnto en el diseño de los paneles solares aumenta la eficiencia de absorción.
Un nuevo estudio de investigadores de la Universidad de York ha descubierto que el diseño de células solares con líneas de tablero de ajedrez podría aumentar su capacidad para absorber luz en un 125% y podría conducir a un uso más amplio de energía renovable.
Investigadores de la Universidad de York en Inglaterra, en colaboración con la Universidad NOVA de Lisboa en Portugal, han publicado recientemente un estudio que investiga cómo diferentes diseños de superficies de células solares afectaron la absorción de la luz solar en los paneles solares.
El estudio, Captura de luz en células solares: reglas de diseño simples para maximizar la absorción , publicado en la revista de acceso abierto Optica, buscaba investigar un enfoque más simple para aumentar la capacidad de captura de luz de una célula solar, es decir, aumentar sus capacidades de absorción solar.
Actualmente, según los investigadores, muchas de las estructuras mejoradas de captura de luz diseñadas en los últimos años, si bien son efectivas para aumentar el rendimiento de una celda solar, son diseños más complicados y, como tales, es menos probable que se integren en aplicaciones industriales.
Los investigadores señalan que «su aplicación industrial depende más bien de la simplicidad en la integración del concepto de célula solar y la tecnología de proceso».
En un intento por simplificar el diseño de las células solares y al mismo tiempo aumentar la absorción solar, los investigadores demostraron cómo las «líneas de rejilla simples» en una disposición de tablero de ajedrez en la célula solar «pueden funcionar tan bien como los diseños avanzados de captura de luz».
Las líneas de rejilla de difracción en las células solares, según un artículo de 2008 , «se introdujeron en las células solares de película delgada como un medio para un mejor control de la dispersión de la luz dentro de las células». La introducción de líneas de rejilla lineal sirve «para suprimir la reflexión total en la región de longitud de onda de interés y para dispersar la luz en ángulos (pre) seleccionados».
En otras palabras, estas simples líneas de rejilla impresas en la superficie de una celda solar sirven para difractar la luz entrante en varios haces separados, viajando en direcciones separadas, para aumentar el rendimiento de la celda solar.
Sin embargo, según investigadores de la Universidad de York y la Universidad NOVA de Lisboa, “las líneas de rejilla simples solo han mostrado mejoras marginales en la absorción en los materiales de las células solares” y llevaron a la creencia de que las rejillas simples no podían convertirse en el pilar de la innovación solar avanzada.
Por el contrario, «la creencia de que no pueden ser el pilar de los conceptos fotónicos avanzados desencadenó un nuevo campo de investigación para analizar esquemas de captura de luz cada vez más complicados y cada vez más eficientes a expensas de su complejidad».
Ahí es donde entra la nueva investigación, que investiga diferentes diseños de rejillas, como rosa, zigzag y tablero de ajedrez. Los investigadores encontraron que el diseño de la rejilla de tablero de ajedrez funcionó mejor, tanto que de hecho muestran que podría mejorar la absorción de luz en un 125%.
El diseño de tablero de ajedrez mejora particularmente la difracción, lo que a su vez aumenta la probabilidad de que se absorba la luz, que luego se utiliza para generar electricidad.
«Encontramos un truco simple para impulsar la absorción de células solares delgadas», dijo el Dr. Christian Schuster del Departamento de Física de la Universidad de York .
“Nuestras investigaciones muestran que nuestra idea en realidad rivaliza con la mejora de la absorción de diseños más sofisticados, al mismo tiempo que absorbe más luz en la profundidad del plano y menos luz cerca de la estructura de la superficie.
“Nuestra regla de diseño cumple con todos los aspectos relevantes de la captura de luz para células solares, allanando el camino para estructuras difractivas simples, prácticas y, sin embargo, sobresalientes, con un impacto potencial más allá de las aplicaciones fotónicas.
«Este diseño ofrece potencial para integrar aún más las células solares en materiales más delgados y flexibles y, por lo tanto, crear más oportunidades para utilizar la energía solar en más productos».
Un posible resultado importante de este estudio no es solo el aumento de la absorción de luz para las células solares, sino la simplificación del diseño, que podría conducir a la producción de paneles solares más delgados, ligeros y flexibles.
Esto, a su vez, podría llevar a que los paneles solares se utilicen en más hogares y en una gama más amplia de productos y aplicaciones. Los investigadores también creen que estos nuevos diseños de rejillas reducirán la necesidad de paneles solares más gruesos y complejos, haciéndolos más baratos y más ecológicos.
«En principio, desplegaríamos diez veces más energía solar con la misma cantidad de material absorbente: células solares diez veces más delgadas podrían permitir una rápida expansión de la energía fotovoltaica, aumentar la producción de electricidad solar y reducir en gran medida nuestra huella de carbono», añadió el Dr. Schuster.
«De hecho, dado que refinar la materia prima de silicio es un proceso que consume mucha energía, las células de silicio diez veces más delgadas no solo reducirían la necesidad de refinerías, sino que también costarían menos, lo que potenciaría nuestra transición hacia una economía más verde».
