¿Energía sin fin? Podría ser posible con paneles solares hechos de cristales ferroeléctricos en lugar de silicio.
La generación de energía de cristales ferroeléctricos en las celdas solares se puede multiplicar por mil gracias a una nueva innovación que implica la disposición de capas delgadas de los materiales, según un comunicado de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU).
Los investigadores de MLU encontraron que con capas cristalinas colocadas alternativamente de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio, podrían aumentar en gran medida la eficiencia de los paneles solares. Sus hallazgos se publican en la revista Science Advances.
La mayoría de las celdas solares están hechas de silicio debido a su bajo costo y eficiencia relativa; sin embargo, los límites a la eficiencia general del material han llevado a los investigadores a experimentar con nuevos materiales, incluidos los cristales ferroeléctricos.
Uno de los beneficios de los cristales ferroeléctricos es que no requieren una unión PN, lo que significa que no hay capas dopadas positiva y negativamente, como es el caso de las celdas solares de silicio.
Sin embargo, el titanato de bario puro, un cristal ferroeléctrico probado por los investigadores de MLU, por ejemplo, absorbe poca luz solar. Al experimentar con diferentes combinaciones de materiales, los científicos descubrieron que podían combinar capas extremadamente delgadas de diferentes materiales para aumentar significativamente su rendimiento de energía solar.
“Lo importante aquí es que se alterna un material ferroeléctrico con un material paraeléctrico. Aunque este último no tiene cargas separadas, puede volverse ferroeléctrico en determinadas condiciones, por ejemplo a bajas temperaturas o cuando su estructura química se modifica levemente”, dijo el Dr. Akash Bhatnagar, del Centro de Competencia de Innovación SiLi-nano de MLU, explicó en el comunicado de prensa de MLU.
Aumento de potencia en capas
Bhatnagar y su equipo incorporaron titanato de bario entre titanato de estroncio y titanato de calcio vaporizando los cristales con un láser de alta potencia y volviéndolos a depositar en sustratos portadores. El material resultante estaba compuesto por 500 capas y tenía un espesor de 200 nanómetros.
Los investigadores encontraron que su material en capas permitía un flujo de corriente 1000 veces más fuerte que el medido en titanato de bario puro de espesor equivalente.
“La interacción entre las capas de celosía parece conducir a una permitividad mucho más alta; en otras palabras, los electrones pueden fluir mucho más fácilmente debido a la excitación de los fotones de luz”, explicó Bhatnagar.
El equipo también demostró que las mediciones se mantuvieron casi constantes durante un período de seis meses, lo que significa que el material puede ser lo suficientemente robusto para aplicaciones comerciales. A continuación, continuarán investigando la causa exacta del efecto fotoeléctrico en su material estratificado, con miras a un eventual despliegue a gran escala.
Su trabajo promete ser parte de una revolución potencial en materiales ferroeléctricos, con posibles aplicaciones en memoria de computadora, capacitores y otros dispositivos electrónicos.
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