La investigación muestra cómo un material puede ser utilizado para generar electricidad a partir de una pequeña porción del espectro de la luz solar con una eficiencia de conversión que se halla por encima del máximo teórico, un valor llamado límite de Shockley-Queisser.
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etiquetas: fotovoltaica , electricidad , física de materiales , renovables
No hay interrogaciones ni nada.
Bueno, al menos mi metedura de pata ha servido para que puedas aclararlo, por si alguien más dudaba. Gracias.
electrones “calientes”
¡Hoygan hamijos! ¡Electrones calentitos! ¡M'elosquitan de las manos!
El límite Shockley-Queisser está definido por una serie de premisas (obviaré las más complejas que no vienen a cuento):
1. La celda solar debe tener una sola unión p-n.
2. Los fotones sin la suficiente energía para superar la brecha energética (bandgap) entre la banda de valencia y la de conducción no sirven
3. Los fotones más energéticos (ultravioletas) pierden su exceso de energía por encima de la bandgap en forma de calor en la unión p-n.
Ahora bien, si nos saltamos estas condiciones la cosa cambia:
Por ejemplo, con celdas solares multicapa es posible, desde hace años, conseguir superar ampliamente dicho límite.
Ahora parece que han logrado aprovechar la energía sobrante de los fotones más energéticos (ultravioletas), esos que daban electrones calientes y también logran superar dicho límite.
Pero nada cambia en cuanto a su validez teórica. El límite sigue siendo cierto siempre que se cumplan sus premisas.
Lo cierto es que incluso del caso que planteas, llevado al extremo de un número infinito de capas (de uniones simples p-n) habría un límite de eficiencia del 64%, Y si concentramos la luz puede llegar al 86,8%. Este es el verdadero alcance del límite de Shockley-Queisser.
La empresa vaporware se llamaba EEstor , había foros de google , que comentaban en post fotos de google earth , y debatian oara que servian cada cable que había en los techos de las instalaciones.
probe electrodes under comparable illumination intensity are
remarkably similar [...] despite the differences
in the probe sizes of more than two orders of magnitude. [...] the current is independent of the contact
area in our experiments. Thus the actual value of jpv and η cannot
be obtained from the actual or effective contact radius of the probe.
Y aquí dejé de leer.
Pero no os preocupéis muchachos que os obtengo yo la eficiencia. Sale para el tip pequeño una eficiencia del ~ 40000 % y para el tip grande un ~ 1%.
En otras palabras, no sabemos muy bien la eficiencia del dispositivo pero oye, hemos roto el límite SQ y con el primer tip parece que estamos generando energía de la nada. Con dos cojones.
1) Dejaros de tips mágicos de AFM y hacer un puto dispositivo con contactos normales con una área de al menos 1 mm2. Tenéis los equipos y la técnica para hacer este dispositivo con la punta la polla na menos.
2) Depositad el material en una orientación 111 a ver si la ecuación 6 sigue siendo valida.
y de paso que me expliquen como los electrones deciden irse para un lado y los holes para el otro por muy calientes y cachondos que estén.
#17 el límite SQ está definido para un solo material (un solo band gap), las celdas multicapa obedecen el límite para cada capa. Dicho esto y cumpliendo el SQ, teóricamente, es posible alcanzar un 100% de eficiencia de aprovechamiento de todos los fotones del sol si hubiera infinitas capas, cada una de ellas recolectando solo los fotones que le corresponden a su band gap y dejando pasar limpiamente los otros fotones.
#19 si el band gap es muy pequeño te quedas sin Voc (un solo material) y eso implica que tu celda no da potencia eléctrica. recuerda P=VI.
"Estamos convirtiendo luz en electricidad por encima de nuestras posibilidades"
www.youtube.com/watch?v=0LWWCc9mNKY
El problema de la formación de fotones por recombinación de electrones y agujeros está incluido en las pérdidas del límite. Precisamente lo que postulan estos investigadores es que se puede mejorar esto combinando dos mecanismos:
1. El efecto fotovoltaico en volumen (bulk fotovoltaic effect) sobre los electrones calientes (hot carriers). Determinados cristales con propiedades anisótropas presentan caminos de menos colisiones que evitan perder la energía de los electrones. Se usa también en fototerapias contra el cáncer.
2. Un fuerte campo de cribado (screening field) que incremente el rendimiento cuántico. Generan nanoestructuras (quantum dots) que confinan, en dos dimensiones, partículas que deberían moverse en tres, y así sólo ocupan determinadas zonas (pozos cuánticos de potencial, quantum wells), minimizando otra vez las colisiones.
Todo esto excede, por supuesto, mi campo de conocimiento, es lo que logré entender.
El límite SQ, en general, está más relacionado con encontrar cual sería el band gap óptimo que tiene que tener un solo material para extraer la máxima corriente de nuestro Sol. Para el que no lo sepa ese óptimo está entre 1.1 y 1.3 eV, no es un pico, dando el famoso 31-33% de eficiencia máxima (para un solo material - un solo band gap - nuestro sol).
El truco del dispositivo de esta gente está en el espesor ínfimo de material que usan, y como tú dices, las propiedades anisótropas que tiene este material perfectamente crecido. Si a eso le unimos lo de las puntitas AFM, prácticamente te metes en dispositivos de escala atómica, y en esas escalas la ley de la entropía por ejemplo no tiene porqué cumplirse.
Sacar los electrones calientes de ahí es interesante, pero dudo de que eso se pueda hacer de forma efectiva a escalas más macroscópicas. Ellos clavaron la puntita allí y se pusieron a medir, habría que ver si todos las zonas son igual de efectivas incluso aunque el material se supone perfecto (aunque si la puntita de 25 nm y la de 5um les da lo misma corriente, esto me parece mala señal). Por cierto, impresionante el "workaround" que se han sacado de la manga para saltarse este "problemilla", la Figura 1 es para enmarcarla.
Por otro lado esta lo del Voc de casi 8 V. Eso es una pasada, pero es algo que ya se conocía de materiales ferroelectricos que dan Voc brutales que no tienen nada que ver con su band gap (e ínfimas corrientes también).
En general el artículo está guapo, no vamos a negárselo, pero esto es un artículo menor muy bien vendido, que tiene mucho marketing, demasiado sensacionalista con lo del límite SQ, y se van a apuntar un Nature Photonics pero a que precio...
Y sin embargo, me da la impresión de que este material, más que como light harvester podría funcionar muy bien como contacto selectivo (ni idea de si para electrones o para huecos).
Saludos