El instituto de investigación alemán dijo que la celda de arseniuro de galio ha logrado la mayor eficiencia hasta la fecha para la conversión de luz en electricidad.
Imagen: Fraunhofer ISE
El Instituto Fraunhofer de Alemania para Sistemas de Energía Solar ISE afirma haber logrado una tasa de eficiencia de conversión del 68,9 % para una celda solar III-V que se puede utilizar en sistemas de transmisión de energía láser.
“En esta nueva forma de transferencia de energía, llamada energía por luz, la energía del láser se entrega a través del aire o a través de una fibra óptica a una celda fotovoltaica cuyas propiedades coinciden con la potencia y la longitud de onda de la luz láser monocromática”, explicaron los científicos. . “En comparación con la transmisión de energía convencional a través de cables de cobre, los sistemas de energía por luz son especialmente beneficiosos para aplicaciones que requieren una fuente de alimentación con aislamiento galvánico, protección contra rayos o explosiones, compatibilidad electromagnética o transmisión de energía completamente inalámbrica, por ejemplo”.
Los sistemas de transmisión de energía láser no son muy diferentes de los sistemas de transmisión de energía basados en tecnología de microondas. Estos sistemas convierten la fuente de alimentación en un emisor que genera una radiación electromagnética direccional, que posteriormente es absorbida en un receptor. Este último puede convertir esta energía en electricidad, calor o hidrógeno. Estos sistemas se pueden utilizar para la monitorización de aerogeneradores y líneas de alta tensión, así como sensores de combustible en depósitos de aeronaves y redes ópticas pasivas, entre otros.
La celda se construyó con capas cultivadas en un sustrato de arseniuro de galio, que luego se eliminó y se aplicó un espejo altamente reflectante a la superficie posterior de la estructura semiconductora restante ultradelgada. El reflector se optimizó ópticamente a través de una combinación de cerámica y plata y el absorbedor de la celda se basó en arseniuro de galio dopado con nitrógeno y arseniuro de galio y aluminio tipo p.
“Este enfoque de película delgada tiene dos ventajas distintas para la eficiencia”, explicó el jefe del equipo de investigación de Fraunhofer ISE, Henning Helmers. “En primer lugar, los fotones quedan atrapados en la celda y la absorción se maximiza para energías de fotones cercanas a la banda prohibida, lo que minimiza simultáneamente las pérdidas por termalización y transmisión, lo que hace que la celda sea más eficiente. En segundo lugar, los fotones generados internamente adicionalmente por recombinación radiativa quedan atrapados y se reciclan de manera efectiva. Esto extiende la vida útil efectiva del portador, lo que aumenta aún más el voltaje”.
Otros investigadores de Fraunhofer ISE lograron en abril una eficiencia de conversión del 35,9 % para una célula solar monolítica de triple unión III-V basada en silicio. En agosto de 2020, el instituto de investigación anunció una tasa de eficiencia de conversión del 25,9 % para una célula solar en tándem III-V cultivada directamente sobre silicio. Esta celda es una versión modificada de una celda solar III-V con una eficiencia del 34,5 % que se fabrica a través de un proceso conocido como unión directa de obleas, en el que las capas III-V se depositan primero sobre un sustrato de arseniuro de aluminio y galio (GaAs) y luego se prensan. juntos.
Investigadores de la Universidad de Tampere en Finlandia han desarrollado recientemente una célula solar de unión múltiple III-V que, según se afirma, tiene el potencial de alcanzar una eficiencia de conversión de energía cercana al 50%. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de los Estados Unidos anunció el año pasado una eficiencia del 32,9 % para un dispositivo de celdas en tándem que utiliza materiales III-V.
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