Estructuras minúsculas que auguran eficiencias elevadas
El silicio (Si), el actual material básico utilizado en la industria fotovoltaica, está limitado en cuanto al rango de longitudes de onda que puede captar y absorber. Sin embargo, cuando se irradia silicio tensado con iones ligeros, se forman estructuras minúsculas contenedoras de huecos. Estos nanopuntos y nanohuecos presentan propiedades electrónicas y ópticas no investigadas hasta el momento en las aplicaciones fotovoltaicas. Los investigadores iniciaron el proyecto NOVOSIP (Nano-voids in strained silicon for plasmonics) con el propósito de estudiar el uso de nanopuntos y nanohuecos dirigido a aumentar la eficiencia de los elementos fotovoltaicos de silicio monocristalino. Con este fin crearon dichas estructuras plasmónicas en un dispositivo fotovoltaico con una configuración singular de capas de silicio-estaño (Si-Sn) y silicio dispuestas conjuntamente. Los nanopuntos y los nanohuecos se situaron en la capa emisora de dopado alto, cerca de la unión PN, con miras a ampliar los efectos de campo cercano. La intención era que dichos efectos favoreciesen la multiplicación de portadores y aumentasen la dispersión luminosa, debiendo ambos potenciar la absorción de la luz solar. Los investigadores aplicaron seguidamente distintos métodos de cara a investigar las propiedades estructurales, ópticas y electrónicas de cada capa. Mediante la irradiación iónica a alta temperatura de la estructura Si/Si-Sn/Si, el equipo del proyecto NOVOSIP consiguió nanohuecos esféricos en precipitados nanométricos de estaño tensado. Con la implantación de iones de carbono y un tratamiento térmico posterior se observó la formación de nanocopos de carbono. La estructura cristalina de los copos permitió absorber todas las longitudes de onda luminosas, lo que posibilitaría un nivel de conversión energética mayor. Se propuso y demostró asimismo un concepto innovador dirigido al autoensamblaje de nanocáscaras metálicas en la estructura Si/Si-Sn/Si tensada. Los resultados de varias investigaciones teóricas y simulaciones numéricas que reproducían diversos efectos de la resonancia plasmónica permitieron a los investigadores determinar su papel en las observaciones experimentales. Las labores del proyecto NOVOSIP, si bien se hallan en una fase temprana, suponen una vía de avance prometedora en la investigación sobre células solares de silicio monocristalino. Las minúsculas estructuras plasmónicas elaboradas en multicapas de silicio tensado posibilitan una mayor recolección de energía lumínica a un coste inferior. Además, ya se vislumbran otras aplicaciones posibles en dispositivos sensores de gases y emisores de luz.
Palabras clave
Células fotovoltaicas, silicio, nanopuntos, nanohuecos, NOVOSIP, plasmónica, conversión de energía
