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Los ojos inspiran una arquitectura de células solares más eficiente.

Ambiente

Richard Moss

1 de marzo de 2015

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Los diminutos conos de silicona inspirados en la fóvea central del ojo podrían desbloquear grandes ganancias en la eficiencia de las células solares (Imagen: S. Schmitt / MPL)

Las células solares no tienen a primera vista ninguna relación con una estructura diminuta en el ojo que hace que nuestra visión central sea nítida, pero esa estructura diminuta, llamada fovea centralis, puede ser la clave para un gran aumento en la eficiencia de las células solares. Un equipo de científicos en Helmholtz-Zentrum Berlin y el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz tomaron los mecanismos subyacentes que guían la fóvea y los adaptaron al silicio como una superficie para recolectar la luz en las células solares.

La fóvea central, llamada así porque es un hoyo en el centro de la mácula de la retina, contiene una serie de conos invertidos en forma de embudo estrechamente empaquetados que se conectan directamente a las células nerviosas y proporcionan el detalle visual que nos permite leer o mirar televisión.

Los investigadores observaron cómo los conos atrapan grandes cantidades de luz en ambientes bien iluminados y pensaron en probar el mismo método para recolectar y conducir la luz para sistemas fotovoltaicos. El experimento funcionó: su versión de silicona de la fóvea aumentó la absorción de luz en alrededor del 65 por ciento en una célula solar de película delgada, en comparación con una película de silicona convencional. Las eficiencias de conversión de potencia experimentaron una mejora similar, con un 60 por ciento más que en arreglos de nanocables optimizados del mismo espesor.

La concentración de luz aumenta en los embudos a medida que la forma se estrecha (Imagen: G. Shalev, S. Schmitt / MPL)

El alcance de este impulso fue una sorpresa para el equipo, que determinó que el nuevo método también es superior a la técnica emergente de desplegar una alfombra de nanocables porque los nanocables pierden eficacia a medida que se acercan mientras que la absorción de los embudos mejora cuando embalado herméticamente

Mejor aún, los embudos no requieren ingeniería especial para producir. Los investigadores desarrollaron sus embudos de tamaño micrométrico mediante procesos de semiconductores convencionales, empaquetándolos hombro con hombro en un sustrato de silicio, cada uno de aproximadamente 800 nanómetros de ancho en la parte superior y 100 nanómetros de ancho en la parte inferior.

La investigadora principal, Silke Christiansen, dice que su equipo está trabajando para mejorar aún más las células solares de película delgada y, en particular, para encontrar una manera de escalar su diseño económicamente para trabajar con células solares de gran área. El miembro del equipo Sebastian Schmitt también está buscando adaptar el diseño del embudo para su uso en LED y componentes de sensores, los primeros estudios piloto de los que Christianen dice que están dando resultados prometedores.

Un artículo que describe la investigación fue publicado en la revista Nature Scientific Reports .

Fuente: Helmholtz Zentrum Berlin

Los diminutos conos de silicona inspirados en la fóvea central del ojo podrían desbloquear grandes ganancias en la eficiencia de las células solares (Imagen: S. Schmitt / MPL)

La concentración de luz aumenta en los embudos a medida que la forma se estrecha (Imagen: G. Shalev, S. Schmitt / MPL)

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