Ejército de los Estados Unidos presenta avance en la investigación de células solares

6 julio, 2015
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Publicado en Nos Encanta Noticias
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Escrito por Redacción - Fuente Army.mil - Foto por Dominic Alves/ Flickr

Investigadores del Ejército de los Estados Unidos han desarrollado una pequeña célula solar fotovoltaica para la conversión de energía luminosa en energía eléctrica que resultó en una patente. La patente revela un nuevo tipo de célula solar fotovoltaica con un tamaño y un coste significativamente reducidos en comparación con las células solares actuales.

El Dr. Michael Scalora, físico investigador del Centro de Investigación y Desarrollo de Ingeniería y Aviación del Ejército de los Estados Unidos (AMRDEC), en Redstone Arsenal, Alabama, describió la invención como un “avance”. El cual él espera que sea la base de nuevos progresos tecnológicos.

“Las células solares de bajo costo, compactas, flexibles y eficientes están destinadas a afectar a todo tipo de aplicaciones del Departamento de Defensa, ya que los paneles solares ligeros eventualmente alimentarán todo tipo de equipos, particularmente en áreas remotas e inaccesibles”, dijo. “La clave para el desarrollo de células solares eficientes y compactas son los avances en la nanotecnología, las técnicas de nano-fabricación y la producción de película delgada. Las células solares actuales que se basan en un solo cristal de silicio han avanzado significativamente a lo largo de los años”.

Una célula solar fotovoltaica o PV, es un diodo semiconductor especializado que convierte la luz visible en una corriente continua. La célula fotovoltaica permite que la luz solar sea absorbida eficientemente por un material y luego convertida en portadores de carga que generan una corriente eléctrica conocida como fotocorriente.

“El proceso que condujo a nuestra patente fue inaugurado a finales de los años 90, cuando comenzamos un estudio detallado de las propiedades ópticas de los metales nobles como la plata, el oro y el cobre”, dijo Scalora. “Nuestra invención inserta capas de metales como la plata y el oro entre las diversas capas de semiconductores dando como resultado un espesor combinado de sólo unos pocos cientos de nanómetros”. Un trozo de papel tiene unos 100.000 nanómetros de espesor.

“Este es un gran ejemplo de uno de nuestros programas que pasó al sector militar y privado”, dijo Wayne Davenport, jefe de funciones de ciencias ópticas de la Dirección de Desarrollo e Integración de Armas y supervisor de Scalora. “Aunque se comenzó en la década de 1990, se han encontrado aplicaciones 20 años más tarde”.

La próxima generación de células solares ha comenzado a abordar los costes, los materiales y los problemas de flexibilidad, además de reducir el espesor de la célula fotovoltaica. La nueva pila multicapa ha reducido drásticamente el tamaño de una célula fotovoltaica, aproximadamente 1.000 veces más delgada que las anteriores de 100 a 200 micras, que era aproximadamente del tamaño de un grano de arena.

Los inventores diseñaron la célula para superar problemas actuales del panel solar tales como desgaste, daño y estrés introducidos en la estructura por calentamiento. El daño y la calefacción en un panel solar se producen por la absorción del alto contenido de radiación ultravioleta e infrarroja del sol.

La radiación UV e IR puede ser reflejada por las células del panel solar para evitar daños a la estructura o absorbida en materiales que tengan el ancho de banda apropiado para generar una fotocorriente eléctrica. Como resultado de la geometría inherente de la célula, la tasa de absorción de la luz solar no se ve afectada por el ángulo entre el sol y la pila multicapa de la célula. Por lo tanto, los sistemas de seguimiento solar no son necesarios para mejorar la eficiencia de esta nueva célula fotovoltaica. La transparencia reducida permite que las capas de la célula fotovoltaica absorban casi por completo la luz solar entrante.

Un problema crítico con la radiación es la falta de coincidencia entre la banda de longitud de onda amplia disponible en la luz solar y la banda de longitud de onda estrecha asociada con la banda ancha de energía semiconductora. Si se permitiera la entrada de luz en la celda, esta falta de coincidencia causaría una pérdida de potencia. Utilizando el enfoque de la banda ancha fotónica desarrollado en esta invención, las células solares operarán más eficientemente de lo que actualmente es posible. Los inventores de las células solares de banda ancha fotónicas alteraron el apilamiento multicapa de la célula solar usando parámetros geométricos y propiedades ópticas de metales nobles permitiendo el control directo de los espectros de absorción, reflexión y transmisión de energía.