Proyectos de investigación

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 SuGaR fue desarrollar una estructura de célula solar convencional (unión p-n) utilizando semiconductores ultrafinos. 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. Posteriormente, hemos mejorado los contactos eléctricos de la célula solar y su reflectancia frontal para alcanzar un dispositivo con una eficiencia de conversión de energía solar del 4% en un espesor de 130 nm, lo que constituye un hito en el desarrollo de células solares ultrafinas. Por último, hemos trabajado en el desarrollo de una célula solar de portadores calientes a partir de los resultados anteriores, insertando en la estructura un absorbente de grafeno y optimizando los contactos selectivos en energía. Actualmente estamos analizando la conversión fotovoltaica de estos prototipos para entender con qué eficiencia podemos extraer portadores calientes.