El nuevo nanomaterial podría aumentar la eficiencia del panel solar hasta en un 80%

Tungsteno

Las células solares convencionales basadas en tecnología fotovoltaica han recorrido un largo camino en los últimos años, pero aún les falta una gran parte del espectro electromagnético. Los semiconductores de silicio en una celda solar están orientados a tomar luz infrarroja y convertirla directamente en electricidad. Mientras tanto, el espectro visible se pierde a medida que el calor y las longitudes de onda más largas pasan sin explotar. Un nuevo nanomaterial que está siendo desarrollado por un grupo de investigadores repartidos por todo el país podría actuar como un 'emisor térmico', haciendo que la energía solar sea significativamente más eficiente al absorber más de esa energía desperdiciada.



La parte infrarroja de la luz es relativamente fácil de convertir en electricidad para las células solares convencionales de alta eficiencia, y el enfoque del emisor térmico funciona dentro de ese marco. Un emisor térmico no es un sistema paralelo para derivar electricidad directamente de los rayos del sol. En cambio, se trata de una aplicación de los denominados principios termofotovoltaicos.

Termofotovoltaico en este contexto se refiere a la producción de calor a partir de la luz. El emisor térmico consta de dos partes, la primera es un absorbente a base de tungsteno que se calienta cuando se expone a la luz. El componente emisor toma esa energía térmica y la utiliza para emitir luz infrarroja, que las células solares semiconductoras de silicio ya pueden absorber. Al hacer algo con todas las otras longitudes de onda de luz que caen en cascada hacia los paneles solares, los investigadores han estimado una calificación de eficiencia teórica del 80%, mucho más alta que la mitad de los 30, donde la mayoría de los paneles solares basados ​​en silicio están atascados.



Sin embargo, experimentos anteriores con emisores térmicos encontraron que el aumento en el rendimiento en el mundo real fue de un mero 8%, lo que difícilmente justifica el aumento de costos y mantenimiento. Esto resulta ser debido a las temperaturas extremas involucradas. La delicada estructura 3D de los emisores térmicos tradicionalmente no se ha mantenido a temperaturas superiores a 1800 grados Fahrenheit (aproximadamente 1000 grados Celsius). Cuando todo el propósito de un material es calentarse, desea que prospere a altas temperaturas, no se deshaga.



Tungsteno dañadoPara abordar este problema, los investigadores dirigidos por el profesor de Stanford Shanhui Fan y Paul Braun en la Universidad de Illinois desarrollaron una nueva forma de utilizar el tungsteno como emisor térmico. Las estructuras de tungsteno se recubrieron con una nanocapa de dióxido de hafnio, una cerámica que agregó una durabilidad estructural significativa a altas temperaturas.

Mientras que las superficies de absorción de tungsteno crudo se descompondrían a 1800 grados Fahrenheit, estas superficies nano-revestidas funcionaron sin problema durante 12 horas a esa temperatura . A 2500 grados Fahrenheit, el material todavía duró una hora antes de romperse. El equipo cree que esto podría acercar la tecnología termofotovoltaica mucho más a las altas eficiencias mostradas en papel.

Este enfoque para mejorar las células solares es atractivo por una variedad de razones. Tanto el tungsteno como el dióxido de hafnio son extremadamente abundantes y seguros para trabajar. Los emisores térmicos también funcionan con la tecnología de células solares existente, lo que simplifica su incorporación a los sistemas existentes. Los investigadores continuarán evaluando otros tipos de cerámicas para mejorar aún más la tolerancia al calor de los emisores térmicos, que finalmente pueden ver su uso en sistemas fotovoltaicos.



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