Celdas solares eficientes con pozos cuánticos
Los sistemas fotovoltaicos de concentración implican lentes y espejos curvos que enfocan la luz del sol sobre celdas solares multiunión, pequeñas pero de gran eficiencia. Se ha observado que estas estructuras de alta eficiencia convierten más del 40 % de la luz solar en electricidad. No obstante, una consideración importante es la incapacidad de algunas celdas solares para extraer toda la energía del sol a causa de las grandes bandas prohibidas de algunos materiales. Recientemente, las celdas solares de pozos cuánticos, que aumentan la eficiencia de las celdas solares atrapando la energía solar en pozos cuánticos, han merecido la aprobación como componentes viables para realizar celdas solares multiunión. Estas celdas solares pueden superar las limitaciones actuales de las celdas solares multiunión ya que permiten definir de forma flexible el ancho de banda y, a la vez, mantener una buena estructura cristalina y buenas propiedades eléctricas y ópticas. En el proyecto PHOTOQWELL (Photonic optimisation of multiple quantum well structures for single and dual- junction solar cells), un grupo de investigadores pretendía mejorar todavía más la eficiencia de las celdas solares de múltiples pozos cuánticos (MQW). Los investigadores desarrollaron con éxito herramientas computacionales para optimizar el rendimiento de las celdas solares MQW. Mediante la simulación de las propiedades de transporte de las estructuras MQW, determinaron que las estructuras de pozos cuánticos construidas con varias capas permitían aumentar la absorción de la luz. Además, la posición de los pozos cuánticos dentro de la celda solar desempeñaba un papel importante en la eficiencia de captación de portadores. Lo que se conocía apenas era la dependencia importante de las propiedades de MQW de la movilidad de los portadores a través de los pozos cuánticos. Un hallazgo fascinante que no se había observado nunca en el contexto de las celdas solares era que los pozos cuánticos actuaban como hilos cuánticos. Las láminas delgadas semiconductoras presentaban problemas graves de modulación y formaban franjas de sección triangular en una dirección específica. El análisis detallado de sus propiedades demostró que los portadores fotogenerados sobrevivían sin recombinarse durante periodos más prolongados (diez veces más tiempo) que en los pozos cuánticos. Sobre la base de este descubrimiento, los investigadores analizaron la posibilidad de usar hilos cuánticos para mejorar la captación de portadores. Con la mejora de las celdas solares MQW, los investigadores abren el camino hacia eficiencias mayores de conversión, lo cual haría viable el uso de sistemas fotovoltaicos de concentración. Además, las propiedades fascinantes de los hilos cuánticos ofrecen la oportunidad de estudiar conceptos nuevos en celdas solares.
