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Proyectos de investigación

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Célula solar de grafeno de portadores calientes (SuGaR)

XIX Concurso Nacional para la adjudicación de Ayudas a la Investigación en Ciencias de la Vida y de la Materia (Convocatoria 2018)

Grafeno, átomos, clusters y nanopartículas metálicas. Fundamentos y aplicaciones

Investigador Principal: Elisa Antolín Fernández

Centro de investigación o Institución: Instituto de Energía Solar. Universidad Politécnica de Madrid

Sinopsis

El funcionamiento de una célula solar se basa en que los electrones de un material semiconductor absorben la energía de los fotones del sol y la entregan a un circuito externo. Sin embargo, en los dispositivos fotovoltaicos convencionales los electrones pierden gran parte de esta energía al colisionar repetidamente con los átomos que forman la red cristalina del semiconductor. En este proceso los electrones pasan rápidamente de estar “calientes” a equilibrar su temperatura con la del material. Si pudiéramos desarrollar una célula solar donde los electrones no se enfriaran antes de extraerlos, lo que se conoce como una célula solar de portadores calientes, el límite teórico de eficiencia pasaría del 41% de los dispositivos convencionales al 85%. El objetivo del proyecto SuGaR es fabricar un prototipo de célula solar de portadores calientes utilizando grafeno y otros materiales bidimensionales. 

Como paso previo a la realización del dispositivo de portadores calientes, el primer hito del proyecto ha sido desarrollar una estructura de célula solar convencional (unión p-n) utilizando semiconductores bidimensionales. Dentro del proyecto SuGaR hemos fabricado células solares compuestas de una homounión p-n de MoS2 que alcanzan una tensión de circuito abierto de 1 V bajo una iluminación equivalente a 40 veces la irradiancia solar. Esta unión p-n de alto voltaje, además de ser un dispositivo fotovoltaico en sí mismo, se utiliza en nuestro proyecto como esqueleto para construir la célula solar de portadores calientes. En los últimos meses hemos hecho las primeras pruebas de fabricación de contactos selectivos en energía y de inserción de absorbentes de portadores calientes en la estructura. Estos distintos avances se integrarán en la fabricación de un prototipo completo de célula solar de portadores calientes en el último año del proyecto.

 

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