Tecnología de células solares con base en el germanio para la agrovoltaica

Investigadores del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) han desarrollado una célula solar selectiva basada en una pila de capas absorbentes ultrafinas de n-i-p y un filtro selectivo espectral de película fina. Afirman que puede utilizarse para producir módulos fotovoltaicos espectralmente selectivos con posibles aplicaciones en la agricultura, los invernaderos y los fotobiorreactores.

Presentaron sus hallazgos en “Spectral engineering of ultra-thin germanium solar cells for combined photovoltaic and photosynthesis“, que se publicó recientemente en Optics Express. El dispositivo es una célula solar de germanio amorfo mejorado (a-Ge:H) que puede confinar la luz en un absorbedor ultrafino.

“Debido al fuerte confinamiento óptico y al alto coeficiente de absorción de a-Ge:H el espesor del absorbedor puede reducirse a ∼5-10 nm mientras se logra una eficiencia del 5% para una célula solar opaca”, dijeron los académicos. “Elegimos germanio amorfo en lugar de silicio amorfo como material absorbente debido a su mayor coeficiente de absorción para longitudes de onda superiores a 500 nm”.

La tecnología solo se basa en la deposición de vapor mejorada por plasma y la pulverización de magnetrón, que son métodos de deposición de capa fina bien establecidos y probados en la industria, dijo el grupo.

“En este momento preparamos un proyecto en el que las células solares espectralmente selectivas se escalarán hasta un tamaño de módulo pequeño”, dijo el investigador Norbert Osterthun a pv magazine. “Estos módulos serán luego probados en ambientes de invernadero en Almería y Oldenburg, representando las condiciones de dos regiones muy relevantes para el cultivo en invernadero en Europa”.

La célula espectralmente selectiva utiliza la llamada “brecha verde” y la parte infrarroja (IR) del espectro, que no son utilizadas por las plantas para la fotosíntesis.

“Nuestra célula solo absorbe la parte espectral verde e infrarroja de la luz solar, mientras que transmite la luz azul y roja que es absorbida en el proceso de la fotosíntesis por la clorofila”, añadió Osterthun.

El grupo de investigación construyó la célula con una multicapa transparente de óxido de metal y óxido metálico (MOMO).

“La naturaleza del MOMO permite su doble uso como filtro óptico y como contacto eléctrico”, dijo Osterthun, señalando que se basa en un resonador Fabry-Perot, que es el resonador óptico más básico conocido por sus propiedades de filtrado de color. “La transmisión de la célula solar espectralmente selectiva puede ser ajustada fácilmente a los requerimientos de las plantas con sólo cambiar el grosor de la capa del reflector”, añadió Osterthun.

Según sus creadores, la célula tiene una eficiencia de conversión de energía del 1,6% y 2,3% con una transmisión azul entre el 16% y el 4% y una transmisión roja entre el 48% y el 34%.

“Se estudiaron tres espesores de plata diferentes en el reflector MOMO adaptando el espesor de la capa de plata, la relación entre la luz para la iluminación de algas o plantas”, dijeron los académicos. “La célula solar muestra un enorme potencial para combinar la fotovoltaica con la fotosíntesis para alcanzar nuevas aplicaciones de las células solares en biorreactores, invernaderos o tierras agrícolas”.