ANÁLISIS DIMENSIONAL DE NANOANTENAS TERMOELÉCTRICAS POR EL EFECTO SEEBECK

Abstract

Los materiales usados en las celdas fotovoltaicas para el aprovechamiento de la energía solar no pueden captar todas las longitudes de ondas electromagnéticas del sol. Es por esto la eficiencia de las celdas comerciales son muy limitadas. Debido a esta limitación los científicos no descansan en buscar alternativas para aumentar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas. Las nanoantenas termoeléctricas son una de las alternativas más reciente que han desarrollado para captar las longitudes de ondas largas y convertirlas en electricidad. Sin embargo, las dimensiones de este tipo de antenas rondan en el rengo de los micrómetros, por lo cual es necesario distribuirlas en arreglos (circuitos) para lograr así su producción a gran escala. La dimensión y la estructura de las nanoantenas en un circuito juegan un papel fundamental en el desempeño energético del sistema. Por eso, el propósito de esta investigación es evaluar diferentes dimensiones y arreglos de nanoantenas termoeléctricas tipo bowtie dentro de un eventual circuito o dispositivo eléctrico, con lo cual se logrará determinar distintos parámetros esenciales para realizar un riguroso proceso de optimización como trabajo a futuro. Para lograr el objetivo de la investigación, se utilizó el software COMSOL Multiphysics para la simulación de cuatro nanoantenas de diferentes tamaños: 0.75 μm, 2.8 μm, 5 μm y 7.5 μm. Con las cuales se determinó la distancia de separación que debían tener entre sí, para lograr el mejor desempeño en distintos arreglos (circuitos). En el análisis electromagnético, la mayor eficiencia fue obtenida para la nanoantena de 7.5 μm, logrando el mejor desempeño separándolas entre sí, una distancia de 12 μm. De las 3 estructuras lineales (Figuras 3.7, 3.8 y 3.9) compuestas por las nanoantenas de las 4 dimensiones mencionadas anteriormente, la estructura lineal en donde las nanoantenas se disponen de la más grande a la más pequeña, fue la que presentó un mayor desempeño energético con una diferencia de voltaje de 52.7 mV. Finalmente, se triplicó esa estructura para obtener 2 arreglos diferentes (circuitos): el primero en forma zigzag y en el segundo las extremidades de cada estructura conectados directamente a los electrodos (Figuras 3.11 y 3.12). El segundo circuito muestra una mejor eficiencia con una diferencia de voltaje de 158 mV después de los 30 segundos, casi el doble de la estructura original y 313 mV después de 60 segundos. Teniendo en cuentas los resultados obtenidos, se puede decir que la dimensión y la estructura de las nanoantenas son muy importantes a la hora de ser acoplados a otros dispositivos o sistemas energéticos para obtener una mayor eficiencia posible. También, estos resultados nos permiten ver la importancia de cada detalle al diseñar la estructura de un circuito compuesto por nanoantenas.