A lo largo de los últimos años hemos visto cómo el sector de la energía fotovoltaica ha evolucionado notablemente con el desarrollo de nuevas maneras de captar la energía solar. Actualmente, la vía más extendida es a través de paneles solares con células desarrolladas a partir de silicio monocristalino. Poco a poco vamos alcanzando el límite teórico en cuanto a eficiencia y rendimiento de estos paneles solares. Por ello mismo, existen numerosas investigaciones en la actualidad que estudian nuevas formas de desarrollar células fotovoltaicas a partir de la combinación de nuevos materiales.
Una de las formas que más esperanzas está dando en el sector de la fotovoltaica es la creación de células solares mediante la técnica de superredes o redes de heteroestructuras. Aunque no sea un concepto nuevo (data de 1974), en los últimos años hemos visto cómo a través de este tipo de técnicas se han descubierto nuevas formas de desarrollar células fotovoltaicas, como aquellas creadas a partir del uso de perovskitas.
Una nueva estructura compuesta de materiales ferroeléctricos
Las redes de heteroestructuras se forman aplicando capas alternas de materiales ferroeléctricos distintos. Estas capas tienen un grosor nanométrico y se apilan de tal manera que puedan ser utilizadas para la creación de paneles solares. Desde hace un tiempo se lleva investigando una nueva estructura que, según los estudios, aumentaría la eficiencia en un factor de 1.000.
Esta nueva estructura está compuesta de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio, una composición que sustituye al silicio para dar vida nuevas células fotovoltaicas con un rendimiento muy superior, según un estudio de la Universidad Martín Lutero de Halle-Wittenberg, en Alemania.
Estructura compuesta de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio. Imagen: ScienceAdvances
"Incrustamos el titanato de bario entre titanato de estroncio y titanato de calcio", explica el físico Yeseul Yun, autor principal del estudio. "Esto se logró vaporizando los cristales con un láser de alta potencia y redepositándolos sobre sustratos portadores, lo que produjo un material compuesto por 500 capas de unos 200 nanómetros de espesor".
Durante las pruebas, los científicos se dieron cuenta que esta combinación podía aumentar la eficiencia unas 1.000 veces en comparación a si la célula fotovoltaica estuviese compuesta únicamente de titanato de bario. Este material en estado puro no absorbe mucha luz solar, lo que resulta en una corriente fotovoltaica relativamente baja. Sin embargo, al combinarlo con capas de titanato de calcio y titanato de estroncio, el rendimiento aumenta significativamente.
Aunque los científicos aún se encuentran determinando la razón, lo cierto es que la interacción entre dichas capas permite que los electrones fluyan de forma más fácil a través de la excitación de éstos con fotones de luz.
Los cristales mantuvieron un flujo constante en todos los rangos de temperatura estudiados durante un periodo de seis meses, algo realmente esperanzador. Y he aquí la gran diferencia ante las perovskitas, ya que esta familia de minerales se degradan mucho antes, siendo el verdadero desafío a cumplir.
Crear células solares mediante materiales ferroeléctricos también tiene una gran ventaja: son más baratos y fáciles de producir en comparación con el silicio. Esto es debido a que al poder separar naturalmente sus cargas, no se necesitaría una unión PN, la base para producir células fotovoltaicas mediante capas dopadas positiva y negativamente.
Este avance podría revolucionar la industria de la energía solar, que según la Agencia Internacional de la Energía, podría llegar a ser la mayor fuente de energía para 2050, representando alrededor de un tercio de la generación eléctrica mundial.
Imagen | Mischa Frank
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