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El uso de nanopilares podría dar lugar a células solares flexibles, eficientes y económicas según los últimos resultados.

Foto real una de estas células. Foto: Lawrence Berkeley National Laboratory.

Ya hemos cubierto en esta web las diversas ideas que se están investigando en energía solar fotovoltaica. Recordemos que el gran problema de la energía solar fotovoltaica es el elevado precio que tienen las células solares. Varios grupos de investigación buscan alternativas a las tradicionales células de silicio para solventar este problema.
En el departamento de energía del Lawrence Berkeley National Laboratory, en la Universidad de Berkeley, se ha demostrado una manera de fabricar células eficientes a bajo precio que además son flexibles. Se basan en monocristales de tamaño nanométrico ópticamente activos. Colocando en formación muchos de estos bastones se consigue aumentar la superficie captadora de luz y tener un rendimiento aceptable.
Como a través de la red cristalina deben de moverse los electrones y huecos del semiconductor, siempre será más eficiente si tenemos un monocristal. Esto es, un sistema con una única red cristalina. Las fronteras de grano entre diversas cristales hacen que las células solares fabricadas con policristales sean menos eficientes, y las células de silicio amorfo, al no tener estructura cristalina, lo sean todavía menos. Pero conseguir monocristales es muy difícil y caro, y de algunos materiales es casi imposible conseguirlos de un tamaño apreciable.
Tenemos pues que adoptar un criterio mediante el cual podemos o bien tenemos células eficientes y caras o bien ineficientes y baratas. Una idea puede consistir en usar una multitud de pequeños nanocristales que trabajen cada uno de ellos como células individuales. De este modo los portadores de carga (electrones y huecos) no tienen la necesidad de cruzar las fronteras entre cristales.
Las simulaciones computacionales indican que estas formaciones de nanobastones son muy sensibles a la luz y eficientes recolectado los portadores de carga.
Ali Javey, uno de los científicos implicados, dice que desafortunadamente los intentos anteriores de hacer crecer estas estructuras fueron decepcionantes pues se obtenía un rendimiento de menos del 2%. Esto debía a que las dimensiones de los nanobastones o nanopilares no se podía controlar muy bien y su densidad y alineamiento era pobre.
Este investigador diseño un nuevo sistema de crecimiento denominado proceso vapor-líquido-sólido que permite conseguir formaciones altamente ordenadas de nanopilares mocristalinos de sulfuro de cadmio sobre una lámina de aluminio en la que previamente se han distribuido poros por anodización. Esta distribución de poros es lo que precisamente proporciona un patrón o plantilla sobre la que crecer los nanopilares. Una vez crecidos se obtiene una formación densa de nanobastones sulfuro de cadmio embebida en telenuro de cadmio. Después se deposita una capa de cobre y oro que hace de electrodo superior y que es lo suficientemente fina como para dejar pasar parcialmente la luz. La lámina de aluminio hace de electrodo inferior.

Esquema de uno de estos dispositivos. Foto: Lawrence Berkeley National Laboratory.

Los prototipos obtenidos por este método tienen un rendimiento en producción de electricidad del 6%. Aunque este porcentaje está lejos del 10% o 18% de las células solares comerciales, estos investigadores esperan elevar el rendimiento un 50% cuando sustituyan el electrodo superior por uno más transparente. También esperan mejorar la densidad de nanopilares y sus dimensiones.
Para conseguir una célula flexible se elimina el substrato de aluminio y se sustituye por una de indio. Posteriormente se embebe el conjunto en plástico transparente. La célula así obtenida puede ser doblada sin que pierda eficiencia.
Según Javey una vez se mejore este sistema se podrán obtener células solares eficientes a bajo precio.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).