Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio han demostrado que el nitruro de cobre actúa como un semiconductor de tipo n, mientras que el dopado con flúor proporciona una conducción de tipo p, de acuerdo con el anuncio del instituto.
Un grupo de investigadores dirigidos por el investigador principal, Matsuzaki, se propuso encontrar nuevos materiales para la producción de conductores de tipo p y tipo n utilizados en células solares de capa delgada. Durante el proceso, creó un cristal de nitruro de cobre, que funciona como un conductor de tipo n. Al utilizar una técnica de nitruración adecuada para la producción en masa, esta tecnología podría ser escalable a bajo costo, afirma el equipo.
El proceso está compuesto por una búsqueda computacional de elementos dopantes, microscopía atómica y análisis de estructura electrónica utilizando radiación sincrotrón.
El nuevo material, nitruro de cobre, es un compuesto que, según los investigadores, es respetuoso con el medio ambiente. El equipo utilizó una nueva ruta de reacción catalítica con amoníaco y gas oxidante para evitar las dificultades de cultivar cristales de nitruro.
El compuesto crea un conductor de tipo n con exceso de electrones. Si este compuesto se trata con un elemento de flúor, puede transformarse en un conductor de tipo p. El proceso se estableció previamente en los cálculos teóricos, y ahora se ha demostrado experimentalmente mediante el uso de microscopía atómica.
Las células solares necesitan un socio tipo n y tipo p, y la configuración de ambos ha sido objeto de investigación con células solares, afirma el instituto en su anuncio. Al obtener ambos conductores del mismo material, el equipo alega que se pueden producir células solares más eficientes con este tipo de conductor.
La producción de capa delgada se ha visto eclipsada por el uso de cadmio, ya que el material se clasifica como altamente tóxico y se debe evitar cualquier contaminación con el medio ambiente.
En 2010, el material fue prohibido bajo la regulación RoHS de la UE, aunque se hizo una exención para las células solares. La exención ha recibido una gran cantidad de críticas de institutos e investigadores de renombre, que insisten en que pequeñas cantidades de material puedan emanar de los módulos y contaminar el medio ambiente.
Desde entonces, los institutos de investigación y los desarrolladores de células solares han tratado de establecer nuevos materiales para ser usados y conductores de tipo n y p de células solares de película fina.
En otro proyecto de investigación, un grupo de científicos ha descubierto una forma de duplicar la densidad actual de células solares biogénicas. Un equipo de investigadores dirigido por Vikramaditya Yadav, profesor de la Universidad de Columbia Británica, presentó una investigación mediante la cual lograron aumentar la densidad de corriente a 0,686 miliamperios por centímetro cuadrado, en comparación con los 0,362 alcanzados anteriormente.
Las células están utilizando la bacteria E. coli, una de las más conocidas en relación con la intoxicación alimentaria, como fuente de conversión de energía. Hasta ahora, los intentos de utilizar un material biogénico para las células solares se centraron en la extracción del licopeno, un colorante en las células vegetales que las bacterias utilizan para la fotosíntesis.
El equipo de Canadá, sin embargo, destacó que el proceso de extracción degrada el licopeno a través del uso de solventes tóxicos. Además, el proceso es complicado y, por lo tanto, incurre en costos. El enfoque novedoso ahora presentado se enfoca en recubrir la bacteria entera con un mineral que funciona como un semiconductor. Las bacterias recubiertas se aplican luego a un vidrio que funciona como un ánodo. El uso del método, dicen los investigadores, casi ha duplicado la densidad actual de este tipo de células y ha reducido los costos de producción.
“Registramos la densidad de corriente más alta conseguida para una célula solar biogénica”, dijo Yadav, profesor del departamento de ingeniería química y biológica de UBC, quien dirigió el proyecto. “Estos materiales híbridos que estamos desarrollando pueden fabricarse de forma económica y sostenible y, con una optimización suficiente, podrían funcionar con eficiencias comparables a las de las células solares convencionales”.
Yadav dice que es difícil estimar con precisión los ahorros en los costos del método, aunque reveló que cree que el costo de la producción de tinte sería de no más de una décima parte de lo que habría sido anteriormente.
La investigación también afirma que la producción es equivalente en cielos nublados como despejados. De confirmarse sus afirmaciones, la aplicación tiene un gran potencial para Canadá y el norte de Europa.
“Nuestra solución es un paso significativo para hacer que la energía solar sea más económica”, dice el profesor Yadav.
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