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Plasmons Generating Nanocomposite Materials (PGNM) for 3rd Generation Thin Film Solar Cells

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Efecto plasmónico para impulsar la eficiencia de las celdas solares

La nueva generación de celdas solares debe ofrecer una mayor eficiencia con un coste razonable. Un grupo de científicos financiados por la Unión Europea ha estudiado el uso de nubes de electrones oscilantes alrededor de nanopartículas (NP) metálicas para potenciar la absorción de forma selectiva.

Energía

Las celdas solares o fotovoltaicas están a punto para penetrar en el mercado de forma masiva en cuanto se logre aumentar su eficiencia con un coste reducido. La excitación de plasmones en celdas solares de láminas delgadas parece ser una forma interesante de lograrlo. Los plasmones son ondas electromagnéticas colectivas y coherentes formadas por la oscilación de electrones casi libres que se producen en la interfaz entre dos materiales, generalmente un metal y un dieléctrico. Inducir este efecto plasmónico alrededor de NP metálicas embebidas en un dieléctrico permite mejorar la captura de la luz de longitudes de onda específicas, lo cual aumenta la eficiencia de la absorción. Los socios del proyecto «Plasmons generating nanocomposite materials (PGNM) for 3rd generation thin film solar cells» (SOLAMON) desarrollaron los bloques constructivos de NP necesarios para su integración en sustratos de silicio comerciales de bajo coste con el fin de generar un efecto plasmónico. La integración se realizó mediante un nuevo proceso de depósito a temperatura ambiente patentado para NP grandes. Se consideraron tres tipos de celdas solares en lámina delgada: una adecuada para el mercado de los elementos fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) y las otras dos para productos de consumo de menor escala. Los investigadores de SOLAMON depositaron NP de plata grandes y pequeñas, lo cual demuestra un buen control del proceso y una buena reproducibilidad, además de la posibilidad de inducir un efecto plasmónico. Los experimentos preliminares, con resultados prometedores, también se llevaron a cabo con grandes NP metálicas de núcleo grande, cuya producción ha dado lugar a dos solicitudes de patente. Se utilizó un software de simulación integrado para determinar y comparar las propiedades ópticas de los tres tipos de celdas solares con y sin PGNM. Las láminas de PGNM se incorporaron con éxito en los tres modelos, y las pruebas preliminares apuntan a la posibilidad de optimizarlas aún más. En particular, el uso de NP metálicas de núcleo grande probablemente permita superar algunas dificultades técnicas observadas durante las fases de simulación y pruebas. Las celdas solares de primera generación están actualmente en uso y aunque las celdas solares en lámina delgada de segunda generación son todavía más competitivas en términos de precio, sí es cierto que les falta la eficiencia de conversión deseada. La tecnología de SOLAMON indica el camino hacia una oportunidad única para aumentar la eficiencia utilizando NP embebidas, capaces de inducir resonancias plasmónicas para obtener una tercera generación de celdas solares en lámina delgada. Alcanzar estos objetivos mediante una profundización científica tendrá un efecto importante en el mercado global de la energía.

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