Estado del arte de “Photovoltaic Conversion with Nanoparticulate”

-Estado del arte de “Photovoltaic Conversion with Nanoparticulate”

J.S. Gutiérrez *, K.J. Guerra *, M.C. Trujillo *, A.F. Velasco *, E.P. Velata *, J.G. Vera **

*Estudiante. Facultad de Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador

**Profesor titular. Facultad de Mecánica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador

Junio 07 de 2020

En el siguiente trabajo se investigará el rendimiento de las diversas nanopartículas aplicadas en paneles fotovoltaicos, de tal manera que se presentará un análisis comparativo acerca de su eficiencia y el costo de la  construcción de cada una de estas, sabiendo que tradicionalmente existen paneles solares construidos en base a silicio en su estado más puro que es uno de los semiconductores más utilizados en este tipo de tecnología, existen tres tipos: los Mono cristalinos, Policristalinos y Amorfos, los más utilizados son los poli cristalinos por su bajo costo [1].

Las capas nanoestructuradas en células solares de película delgada ofrecen tres ventajas importantes. Primero, debido a múltiples reflexiones, el camino óptico efectivo para la absorción es mucho mayor que el espesor real de la película. En segundo lugar, los electrones y los agujeros generados por la luz deben viajar por un camino mucho más corto y, por lo tanto, las pérdidas de recombinación se reducen considerablemente. Como resultado, el espesor de la capa absorbente en las células solares nanoestructuradas puede ser tan delgado en lugar de varios micrómetros en las células solares tradicionales de película delgada. Tercero, el espacio de banda de energía de varias capas se puede hacer al valor de diseño deseado variando el tamaño de las nanopartículas. Esto permite una mayor flexibilidad de diseño en el absorbedor de células solares.

La película delgada es una solución más rentable y utiliza un soporte económico sobre el cual se aplica el componente activo como un recubrimiento delgado. Como resultado, se requiere mucho menos material y los costos disminuye.

CONVERSIÓN DE ENERGÍA

Las células solares actuales no pueden convertir toda la luz entrante en energía utilizable porque parte de la luz puede escapar fuera de la celda en el aire. Además, la luz solar entra en una variedad de colores y la celda podría ser más eficiente en convertir la luz azulada mientras es menos eficiente en convirtiendo la luz rojiza. Luz de baja energía pasa a través de la celda sin usar. La luz de mayor energía hace excitar electrones a la banda de conducción, pero cualquier energía más allá de la brecha de banda, la energía se pierde como calor. Si estas emocionado los electrones no son capturados y redirigidos, lo harán recombinar espontáneamente con los

agujeros creados, y la energía se perderá como calor o luz [2].

El uso de pequeñas nano partículas llamadas 'puntos cuánticos'. Estos 'puntos cuánticos' pasan entre los electrones y generan corriente eléctrica cuando se exponen a la energía solar en un dispositivo de células solares.

Superar los desafíos anteriores en torno al hecho de que la superficie de los puntos cuánticos tiende a ser rugosa e inestable, lo que los hace menos eficientes para convertir la energía solar en corriente eléctrica. "Esta nueva generación de puntos cuánticos es compatible con tecnologías imprimibles más asequibles y a gran escala", dijo el profesor Wang [3].

Los sistemas más prometedores para la conversión descendente se basan en iones lantánidos. Lo único y las ricas estructuras de nivel de energía de estos iones permiten una conversión espectral eficiente, que incluye procesos de conversión ascendente y descendente mediados por la transferencia de energía resonante entre iones lantánidos vecinos [4].

RECOLECCIÓN DE ENERGÍA

La nanotecnología proporciona una amplia gama de recursos para resolver problemas relacionados con la energía, ya que los componentes y dispositivos en desarrollo son más pequeños que 100 nm.

Proporcionar las nuevas formas de capturar, almacenar e intercambiar energía. Todos los días, el sol brilla una gran cantidad de energía que se genera a través de un proceso de fusión nuclear. El potencial de la energía solar en todo el mundo es muchas veces mayor que la energía primaria total actual exigido.

Entre una serie de dispositivos, el solar colector, la pila de combustible, la fotocatálisis y la energía solar fotovoltaica han utilizado los nanomateriales para aumentar eficiencia [5].

APLICACIONES.

En las células solares convencionales, la luz ultravioleta es filtrado o absorbido por el silicio y convertido en calor potencialmente dañino. Luz ultravioleta podría acoplarse eficientemente a nanopartículas de tamaño correcto y produce electricidad.

En material a granel, el radio es mucho más pequeño que el Cristal semiconductor. Pero los diámetros de nanos cristales son más pequeños que el radio de Bohr. Debido a esto, la «banda continua» Uso de nanotecnología en células fotovoltaicas solares de los niveles de energía de electrones ya no se pueden ver como continuo. Los niveles de energía se vuelven discretos y cuánticos. Se considera que el confinamiento funciona. La diferencia de unos pocos Los átomos entre dos puntos cuánticos alteran la brecha de banda fronteras Los nano cristales pequeños absorben longitudes de onda más cortas o luz más azul, mientras que los nano cristales más grandes absorben más tiempo longitudes de onda o luz más roja [2].

NANOTECNOLOGÍA EN CELDAS SOLARES

Las nanopartículas son motas de materia decenas de miles de veces más pequeñas que el ancho de un cabello humano. Debido a que son tan pequeños, un gran porcentaje de los átomos de nanopartículas residen en sus superficies en lugar de en sus interiores. Esto significa que las interacciones superficiales dominan el comportamiento de las nanopartículas. Y, por esta razón, a menudo tienen características y propiedades diferentes que los trozos más grandes del mismo material [6].

Las celdas solares modificadas a nivel nano estructural tienen propiedades, tanto ópticas como de reactividad de superficie, que las hacen diferentes a las celdas con óxido de titanio convencional. Un ejemplo, son los nanotubos de bronce-titanato. Estas estructuras son tubulares, con doble pared, lo cual permite adsorber moléculas de colorantes dentro y fuera del tubo. En lo que refiere a los aspectos de reactividad superficial, para que un colorante se absorba a una superficie, debe darse una reacción denominada de adsorción superficial. Cuanto mayor es la energía de adsorción superficial, más fuertemente interaccionará el colorante con el óxido de titanio, generando una interacción más fuerte. Se ha encontrado que la energía con la cual se adsorben estos colorantes sobre superficies de bronce-titanato es muy similar a la energía de adsorción de anatasa [7].

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