Hemos hablado de los paneles solares en muchas perspectivas. Desde cómo instalar un sistema en casa para lograr una independencia energética, hasta explorar innovadores métodos como alternativas a los paneles fotovoltaicos convencionales usando y probando nuevos materiales.
En este sentido, hemos hecho referencia en muchas ocasiones a la perovskita, en solitario o combinada con otros elementos como el silicio. Pero ahora llegan investigadores españoles que rompen con los límites teóricos en relación a la eficiencia usando dos materiales: titanio y galio.
Más eficiencia
Imagen | ScienceDirect
El resultado es obra de investigadores de la Universidad Complutense de Madrid. Desde la institución universitaria ha surgido un estudio que ha durado 15 años. Un trabajo que les ha llevado a fabricar una célula solar con una banda intermedia (IB, por sus siglas en inglés) utilizando fosfuro de galio (GaP) y titanio (Ti).
Un resultado prometedor. Por medio de dicho estudio, los investigadores han encontrado una solución para demostrar que esta banda intermedia podría lograr hasta un 60% de eficiencia, pero para eso debería usar materiales y configuraciones distintas a las que se usan tradicionalmente. Para lograrlo habría que usar profundidad más capas de GaP para una mayor absorción de luz.
60% frente a un 33%. Esta técnica mejora el límite teórico máximo (bajo condiciones ideales), el que define la cantidad de energía eléctrica que una célula solar tradicional puede generar. Conocido como límite Shockley-Queisser (SQ) es el límite teórico máximo de eficiencia para una célula solar de unión simple o lo que es lo mismo, con un solo tipo de material semiconductor).
Según el límite Shockley-Queisser, en el mejor de los casos, solo un tercio de la energía solar que incide sobre la célula solar puede convertirse en electricidad. Frente a esta cifra, con este estudio se alcanza hasta un 60% con una célula de banda intermedia.
Para alcanzar ese 60% de eficiencia, los científicos han desarrollado una célula solar pequeña (de solo un centímetro cuadrado). En esta célula han empleado una capa extremadamente delgada, de unos 50 nanómetros, de fosfuro de galio con una baja concentración de titanio. Además, añadieron otra capa de GaP y utilizaron contactos metálicos de oro (Au) y germanio (Ge). El objetivo es que, con esta combinación, además de absorber la luz solar, se facilite un flujo más óptimo de la electricidad generada.
Imagen | Mischa Frank
Han fabricado células con una capa absorbente de GaP:Ti y han medido su rendimiento en la absorción de luz a longitudes de onda específicas mediante distintas pruebas, como la elipsometría espectroscópica. Así, han logrado demostrar cómo este sistema ofrece una “eficiencia mejorada en longitudes de onda superiores a 550 nm”.
De esta forma superan el rendimiento obtenido con la perovskita, una estructura cristalina formada por minerales que convierte la luz solar en electricidad. Un material que han mezclado con silicio para abaratar el proceso de fabricación y mejorar la eficiencia de conversión energética.
Aunque estos investigadores han logrado mejorar la eficiencia de la perovskita, tienen por delante retos para que este desarrollo se convierta, en realidad, superando problemas clásicos de los paneles solares, como la resistencia ante las inclemencias climáticas o aumentar su durabilidad.
Imagen de portada | Zbynek Burival
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