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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

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 las células convencionales los electrones pierden gran parte de esta energía porque sufren colisiones con los átomos que forman la red cristalina del semiconductor. En este proceso, el electrón pasa rápidamente de estar “caliente” a equilibrar su temperatura con la del material. Esta es la razón principal por la que el límite teórico de eficiencia de las células solares convencionales es el 41%. 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 subiría al 85%. El objetivo del proyecto SuGaR es fabricar un prototipo de este tipo de célula solar utilizando grafeno y otros materiales dos-dimensionales.

En el primer año del proyecto nos hemos centrado en desarrollar una estructura de célula solar convencional (unión p-n) utilizando semiconductores dos-dimensionales. La eficiencia de estas estructuras estaba limitada, hasta el momento, por su tensión de circuito abierto, menor de 0.55 V en todos los casos estudiados, incluso para niveles de iluminación superiores a 1.000 veces la irradiancia solar. 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 a niveles de iluminación de tan solo cuatro veces la irradiancia solar. Este resultado es un hito de gran importancia en el camino hacia el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos ultra-finos basados en materiales dos-dimensionales. Dentro del proyecto SuGaR, la unión p-n de alto voltaje que hemos demostrado se utilizará como esqueleto para integrar el absorbente de grafeno de portadores calientes.

 

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