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Intermediate Band Materials and Solar Cells for Photovoltaics with High Efficiency and Reduced Cost

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Nuevos materiales capturan la energía solar

No hay energía más renovable que la que se genera aprovechando la luz del sol. Un grupo de científicos financiados por la Unión Europea trabaja en el desarrollo de materiales y tecnologías para una nueva generación de celdas solares (CS) rentables y de alta eficiencia.

Energía

Las celdas solares convierten la energía de los fotones de la luz del sol en energía eléctrica. Los elementos fotovoltaicos (PV) están llegando a su tercera generación, y los esfuerzos que se invierten en su desarrollo se centran en aumentar el rendimiento y reducir los costes. El proyecto «Intermediate band materials and solar cells for photovoltaics with high efficiency and reduced cost» (IBPOWER), financiado por la Unión Europea, ha logrado estos objetivos. Los científicos han aprovechado los conceptos existentes relativos a las celdas solares de banda intermedia (IBSC), muchos de los cuales habían sido desarrollados por socios del proyecto. Un problema que afecta a las celdas solares convencionales en general es poder aumentar la intensidad de corriente fotogenerada sin reducir la tensión de salida en circuito abierto. Los IBSC tienen una banda intermedia (IB) entre la banda de valencia (VB) y la banda de conducción (CB) que se puede utilizar para aumentar su eficiencia. Utilizando los materiales con IB, a diferencia de lo que sucede con los materiales estándar, se puede utilizar la absorción de fotones con energía menor que la banda prohibida con el fin de maximizar la corriente extraída. Un fotón bombea un electrón desde la banda de valencia hasta la banda intermedia. El otro fotón lo bombea desde la banda intermedia hasta la banda de conducción. La tensión de salida está limitada por el gap mayor, que no cambia en esta configuración. También está relacionada con los emisores, que son los contactos a cada extremo del material con BI. Utilizando un «sandwich» semiconductor para aislar el material con IB de los contactos eléctricos, la tensión de salida se mantiene intacta. IBPOWER cumplió los criterios de diseño anteriores utilizando cuatro tipos de materiales con IB, en forma de puntos cuánticos (QD), láminas delgadas, nitruro de galio e indio (InGaN) con manganeso (Mn) y metales de transición en compuestos III-V. El dispositivo y los materiales se caracterizaron para determinar la compatibilidad, minimizar las pérdidas y realizar una optimización completa. Los resultados relativos a los primeros tres materiales, que se consideran prometedores, ya se han divulgado ampliamente, con más de cuarenta artículos publicados en revistas sometidas a revisión y numerosas ponencias en congresos. Los resultados relacionados con los metales de transición se están divulgando actualmente. Se espera que las innovaciones de IBPOWER impulsen la incorporación generalizada en el mercado de los dispositivos PV de tercera generación, en beneficio de los fabricantes y los consumidores de todo el mundo.

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