Es indiscutible que el uso de la energía solar para alimentar nuestros hogares tiene un efecto beneficioso tanto en nuestra vida cotidiana como en el medio ambiente en su conjunto. La energía solar es una fuente de energía limpia que ha aumentado su uso a lo largo de los años. Uno de los mayores argumentos en contra del uso de la energía solar es la eficiencia de la electricidad que los paneles solares tradicionales son capaces de producir a partir del sol. Las investigaciones en el MIT han desarrollado un método que puede permitir que los paneles solares cosechen mayores cantidades de electricidad de los rayos del sol.
¿Cómo Funcionan los Paneles Solares?
Las células solares producen corrientes eléctricas a través del uso de un material semiconductor como el silicio. El material de silicio se encuentra entre dos capas conductoras. Cada célula solar utiliza dos capas de diferentes tipos de silicio. La capa superior contiene material de silicio con electrones adicionales y una capa inferior que contiene «agujeros» o espacios para electrones.
A medida que la luz del sol incide en las células solares, los fotones generan suficiente energía para liberar los electrones formando una corriente eléctrica. La corriente se utiliza entonces para alimentar todos los dispositivos eléctricos de su casa. Cuando los electrones regresan, rellenan los «agujeros» en el silicio y repiten el proceso. Debido a que los electrones son las únicas partes móviles en un sistema solar, sus paneles funcionarán correctamente durante décadas. El único problema es que los paneles solares tradicionales generan entre el 15 y el 20 por ciento de la electricidad del sol que llega a las células solares.
¿Cómo Podemos Aumentar la Eficiencia?
La respuesta sencilla para crear más electricidad es aumentar la cantidad de electrones que se liberan. El problema es que cuando los electrones son liberados, pueden no viajar en la dirección que usted quiere que vayan. Primero, los fotones de los rayos solares tienen que ser lo suficientemente fuertes para pasar al material de silicio y eliminar los electrones libres. Si la luz del sol no es lo suficientemente fuerte, pueden ser reflejados. Luego, los electrones pueden regresar al «agujero» del que acaban de ser liberados, la energía de los fotones se pierde. Los electrones también pueden dispersarse a través del material disipando energía en un proceso conocido como termalización.
Para aumentar la eficiencia de la corriente eléctrica, es necesario absorber más fotones y manipular la corriente en el instante en que se desprenden.
Lo que Encontraron los Expertos del MIT
Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts han encontrado una manera de manipular los electrones antes de que interactúen con otros electrones en el material. El grafeno, un material ultrafino que tiene un solo átomo de espesor, se encuentra entrelazado con una capa de nitruro de boro que separa las dos capas. La capacidad de controlar los electrones de alta energía puede permitir que los dispositivos fotovoltaicos sean más eficientes antes de que pierdan su energía por la termalización.
En experimentos anteriores, con el uso del mismo material de grafeno, los investigadores utilizaron diferentes intensidades de voltaje y luz y observaron las cantidades de corriente que se producían de una capa a la otra. Encontraron que una corriente fuerte podría ser producida a ciertos voltajes y longitudes de onda de luz. Luego alteraron los voltajes y longitudes de onda para determinar cómo la corriente fluía entre las capas y a través del nitruro de boro. Para hacer que los electrones salten de una hoja de grafeno a la otra, es necesario exponer al material semiconductor la combinación correcta de voltaje y luz.
Cómo Puede esto Mejorar la Instalación de Paneles Solares en el Futuro
Al comprender cómo fluyen las corrientes con ciertos voltajes y longitudes de onda de la luz, podemos mejorar mejor la eficacia de los paneles solares residenciales. Podemos aplicar estas técnicas para mejorar las células solares, permitiéndoles capturar y utilizar más electrones foto-excitadores, lo que aumenta el número de corrientes eléctricas. Hoy en día, las células solares sólo son capaces de absorber y utilizar fotones de alta energía. Esto significa que los fotones infrarrojos de baja energía se reflejan o pasan a través de las células solares y no se utilizan para producir una corriente eléctrica. Mediante la mejora de las infraestructuras y la aplicación de nuevas tecnologías, se pueden utilizar más formas de luz para generar un flujo controlado de electrones.
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