Nanoestructuras para aumentar la eficiencia de las células fotovoltaicas

“Más del 30% de la luz del sol que llega a una superficie de silicio es reflejada y, por tanto, no se aprovecha en la conversión fotoeléctrica —explica Sagrario Domínguez, ingeniera de Telecomunicaciones de la Universidad Pública de Navarra—. Las nanoestructuras en la superficie de un material, al tener dimensiones en el rango de la longitud de onda de la luz, interfieren con esta de manera especial y permiten modificar la cantidad de luz reflejada”.

Domínguez diseñó estructuras a escala nanométrica “para conseguir encontrar una que minimizara la reflectancia [propiedad de un cuerpo de reflejar la luz] del silicio en el rango de las longitudes de onda en que funcionan las células solares”. En su proceso de fabricación, recurrió a la denominada litografía por interferencia láser, que consiste en aplicar una radiación láser sobre un material fotosensible para crear estructuras a escala nanométrica. En concreto, utilizó obleas de silicio pulido, al que dio forma de pilar cilíndrico, y obtuvo una disminución de la reflectancia de este elemento del 77%.

Posteriormente, modificó los procesos de fabricación para producir las nanoestructuras en los sustratos de silicio empleados en las células solares comerciales. “Estos sustratos tienen unas dimensiones y una rugosidad superficial que los hace, ‘a priori’, no aptos para los procesos de litografía por interferencia laser”, apunta la investigadora.

Salvadas las dificultades, integró las nanoestructuras en células solares, siguiendo los procesos estándares de la industria fotovoltaica. “Según la literatura, es la primera vez que se consiguen fabricar nanoestructuras periódicas, aquellas que, sobre la superficie de un material, se repiten de forma constante en este tipo de sustratos y, por tanto, la primera célula solar estándar con nanoestructuras periódicas –indica–. La eficiencia obtenida es de 15,56%, que es un valor muy prometedor si se compara con otros recogidos en la literatura”.

Investigación en el MIT

A continuación, enfocó su trabajo hacia la fabricación de nanoestructuras para aplicaciones de mayor ancho de banda, como sensores. Logró crear nanoconos de gran altura en comparación con el diámetro de la base. “Estas estructuras se presentan en la literatura como la mejor solución antirreflexión en el gran ancho de banda.

El proceso de fabricación de estas estructuras es complejo. Esta parte del trabajo la realizó en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), universidad estadounidense donde realizó una estancia de investigación de nueve meses.

Estas estructuras de nanoconos “reducen la reflectancia del silicio del 30% a valores por debajo de entre el 4% y el 0,2 % según el rango de longitud de onda. Este es el valor más bajo de reflectancia encontrado en la literatura para nanoestructuras periódicas”, concluye Domínguez.