Investigadores del Multidisciplinary Core Institute for Future Energies (MCIFE) de Corea del Sur fabricaron una célula solar policristalina usando una interfaz semiconductor-agua que, según se informa, mejora la absorción de luz, reduce la reflexión superficial y ofrece protección contra daños ambientales en ambientes submarinos.
La célula se fabricó con una capa ultrafina de 2,3 nm de óxido de galio (Ga2O3), un material con un amplio rango prohibido, alta transparencia, robustez química y notables propiedades de pasivación superficial. “Cuando se aplica como una capa ultrafina, el Ga2O3 puede actuar simultáneamente como capa de pasivación, barrera protectora y recubrimiento antirreflectante, lo que permite mejorar las células solares de silicio más allá de los diseños convencionales”, explicaron los investigadores.
“Además de sus ventajas ópticas, el Ga2O3 funciona como una capa protectora muy resistente, especialmente en ambientes acuáticos. Ayuda a reducir la degradación producida por reacciones químicas, mejorando así la estabilidad a largo plazo, la resistencia a la oxidación y la resiliencia de las células solares”, agregaron.
El dispositivo, de 12 mm × 12 mm, también utiliza una barra colectora de plata (Ag) para mejorar la recolección de carga y un recubrimiento antirreflectante de nitruro de silicio (SiNx). Se encapsuló en una caja hermética impresa en 3D para garantizar su impermeabilidad.
Caja impresa en 3D para dispositivos submarinos donde diez dispositivos están conectados en serie.
Imagen: Multidisciplinary Core Institute for Future Energies (MCIFE), Materials & Design, CC BY 4.0
El desempeño de la célula fue medido y comparado con el de una célula policristalina sin recubrimiento, un dispositivo policristalino desnudo para ambientes submarinos, una célula policristalina recubierta con óxido de galio y una célula policristalina submarina recubierta con óxido de galio.
Todos los dispositivos fueron probados con iluminación de luz blanca pulsada bajo cuatro condiciones diferentes: sin Ga2O3 al aire (W/O-Air); con Ga2O3 al aire (W/G-Air); sin Ga2O3 en agua (W/O-Water); y con Ga2O3 en agua (W/G-Water).
Las mediciones mostraron que la célula policristalina submarina recubierta con óxido de galio puede alcanzar la mayor eficiencia de todas, con un valor porcentual de 21,56 %, seguida por la célula policristalina sin recubrimiento para condiciones submarinas con un 19,36 %, la célula policristalina recubierta con óxido de galio con un 19,04 % y la célula policristalina sin recubrimiento con apenas 17,87 %.
“Los resultados indican que la presencia de Ga2O3 mejora considerablemente la fotocorriente tanto en aire como en ambientes acuáticos”, enfatizaron los académicos. “En particular, la mayor fotocorriente se observa en la condición W/G-Water, lo que sugiere que el efecto combinado de Ga2O3 y agua mejora la eficiencia del transporte de carga”.
La célula solar “híbrida” fue presentada en el artículo “Aqua-powered hybrid solar cell using amorphous conformal Ga2O3 thin-film” (Célula solar híbrida alimentada por agua que utiliza una película delgada de Ga2O3 conformada amorfa), publicado en Materials & Design.
El desempeño de las células solares submarinas fue investigado en 2020 por científicos del Birla Institute of Technology and Science y del Indian Institute of Technology Kanpur and Defence Materials. Según sus resultados, las células sumergidas se benefician de temperaturas más bajas y un entorno ideal para la limpieza. “Aunque existen desafíos y limitaciones, los resultados obtenidos muestran que existe un enorme potencial para la tecnología fotovoltaica solar en sensores o dispositivos de monitoreo submarino, así como diversas aplicaciones comerciales y de defensa con la electrónica de potencia moderna”, afirmaron los investigadores en ese momento.
En 2022, investigadores en China usaron células solares disponibles comercialmente para crear un sistema optimizado para uso submarino, sin lentes, para la detección óptica a alta velocidad, y descubrieron que los dispositivos fotovoltaicos permitieron un área de detección mucho mayor que los fotodiodos comúnmente utilizados.
En junio de este año, científicos de Italia probaron cómo podrían funcionar las células solares de perovskita bajo el agua y descubrieron que, a muy poca profundidad, pueden incluso alcanzar mayores eficiencias de conversión de energía que los dispositivos de referencia operando fuera del agua.
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