Una nueva forma de mejorar las células solares puede mejorar los sistemas de prevención de colisiones de los automóviles autónomos
Cuando un equipo de ingenieros se puso a trabajar en 2015 en busca de una nueva técnica para aumentar la rentabilidad de las células solares, no se dieron cuenta de que terminarían con una forma adicional de ayudar a mejorar los sistemas de prevención de colisiones de los vehículos autónomos. coches.
Pero eso es precisamente lo que sucedió, como explican los ingenieros, James Harris y el estudiante graduado Kai Zang, en un reciente Comunicaciones de la naturaleza artículo.
Los descubrimientos gemelos comenzaron, dicen, cuando comenzaron a buscar una solución a un problema bien conocido en el mundo de las células solares. Las celdas solares capturan fotones de la luz solar para convertirlos en electricidad. Cuanto más gruesa es la capa de silicio en la celda, más luz puede absorber y más electricidad puede producir en última instancia. Pero el mero gasto del silicio se ha convertido en una barrera para la rentabilidad de la energía solar.
Entonces, los ingenieros de Stanford descubrieron cómo crear una capa muy delgada de silicio que pudiera absorber tantos fotones como una capa mucho más gruesa del costoso material. Específicamente, en lugar de colocar el silicio plano, nanotexturizaron la superficie del silicio de una manera que creó más oportunidades para que las partículas de luz fueran absorbidas. Su técnica aumentó las tasas de absorción de fotones para las células solares nanotexturizadas en comparación con las células de silicio delgadas tradicionales, lo que hace que el uso del material sea más rentable.
Entonces vino la sorpresa. Después de que los investigadores compartieron estas cifras de eficiencia, los ingenieros que trabajan en vehículos autónomos comenzaron a preguntarse si esta técnica de textura podría ayudarlos a obtener resultados más precisos de una tecnología para evitar colisiones llamada LIDAR, que es conceptualmente como un sonar, excepto que usa luz en lugar de ondas de sonido para detectar objetos en la ruta de viaje del automóvil.
LIDAR funciona enviando pulsos de láser y calculando el tiempo que tardan los fotones en recuperarse. Los ingenieros de automóviles autónomos entendieron que los detectores de fotones actuales usan capas gruesas de silicio para asegurarse de capturar suficientes fotones para mapear con precisión el terreno por delante. Se preguntaron si texturizar una fina capa de silicio, como en las células solares, daría lugar a mapas más precisos que el actual silicio fino.
De hecho, en su nuevo artículo, los ingenieros de Stanford informan que su silicio texturizado puede capturar de tres a seis veces más fotones que regresan que los receptores LIDAR actuales. Creen que esto permitirá a los ingenieros de automóviles autónomos diseñar sistemas LIDAR de próxima generación y alto rendimiento que enviarían continuamente un solo pulso láser en todas las direcciones. Los fotones reflejados serían capturados por una serie de detectores de silicio texturizado, creando mapas momento a momento de los cruces peatonales de la ciudad.
Harris dijo que la tecnología de texturizado también podría ayudar a resolver otros dos inconvenientes de LIDAR exclusivos de los automóviles autónomos, las posibles distorsiones causadas por el calor y el equivalente mecánico de la visión periférica.
El problema del calor ocurre porque el aparato láser LIDAR puede calentarse durante un uso prolongado, lo que hace que las longitudes de onda de los fotones cambien ligeramente. Dichos cambios podrían hacer que las partículas de luz reboten en el silicio tradicional que está hecho para absorber longitudes de onda específicas. Pero la tecnología de nanotexturización de Stanford puede absorber fotones en un amplio espectro, eliminando este problema del cambio de calor.
Con respecto al equivalente mecánico de la visión periférica, Harris y Zang creen que es posible hacer una versión flexible de su receptor de silicio nanotexturizado. La flexibilidad les permitiría curvar el receptor. Entre eso y la ventaja de atrapar la luz de su superficie nanotexturizada, creen que es posible que los sistemas LIDAR amplíen el ángulo de aceptación de los fotones para identificar de manera más completa todos los obstáculos potenciales.
Harris dijo que siempre pensó que la técnica de texturizado de Zang era una buena manera de mejorar las células solares. “Pero el gran incremento en los vehículos autónomos y LIDAR de repente hizo que esto fuera 100 veces más importante”, dice.
