El MIT acaba con el límite teórico de eficiencia de las células solares y podría elevarlo del 29% al 35%

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Princeton han demostrado con éxito un nuevo método para el diseño de celdas solares de silicio que podría romper el límite teórico de eficiencia y elevarlo hasta aproximadamente el 35%.

Las células solares de silicio convencionales tienen una eficiencia teórica máxima de alrededor del 29,1%, ya que existe un límite a la cantidad de luz solar que se puede convertir en electricidad útil dentro de una célula solar de silicio (denominada el límite de Shockley-Queisser).

Muchas células disponibles comercialmente alcanzan eficiencias del orden del 20-25 por ciento, y las eficiencias más altas son una compensación frente al costo general de la célula.

Pero en un descubrimiento que puede permitir que las células solares obtengan niveles de eficiencia muy superiores a los que se creían posibles, los investigadores del MIT han descubierto una forma de extraer aún más energía de la luz que incide en una célula solar, creyendo que pueden elevar la eficiencia de las células solares de silicio a niveles en torno al 35%.

Tradicionalmente, los fotones solo han podido transferir su energía a un solo electrón «excitado» cuando pasan a través de las células solares de silicio convencionales. Sin embargo, algunas partes del espectro de luz, especialmente la luz azul y la verde, tienen suficiente energía para excitar múltiples electrones.

En general, este exceso de energía se convierte en calor residual, y los investigadores han estado buscando la manera de aprovechar esta energía adicional, viendo el potencial para aumentar la eficiencia de las células solares.

En una nueva investigación publicada en la revista Nature, los investigadores del MIT y Princeton han demostrado un método para excitar dos electrones a partir de un fotón. Para ello, los investigadores recubrieron las células de silicio con una capa de moléculas llamada tetraceno que podría absorber la energía de la luz solar y dividirla en dos.

El proceso requirió la producción de una capa de un material llamado oxinitruro de hafnio, que tenía solo unos pocos átomos de espesor, lo que permite que la energía extra almacenada en las moléculas se transfiera a la oblea de silicio para producir electricidad.

Al “excitar” múltiples electrones, las células solares podrían producir más corriente eléctrica utilizando la misma cantidad de luz, lo que aumentaría la eficiencia de las células solares de silicio hasta en un 20%.

El concepto se había planteado a nivel tórico en la década de 1970 por el profesor de química del MIT, Troy Van Voorhis, que había participado en la propuesta original en ese momento, y ahora ha contribuido en la investigación dirigida por el profesor de ingeniería eléctrica del MIT Marc Baldo que ha logrado con éxito demostrar el efecto en una célula solar funcional. Llevar la teoría a la práctica “solo nos llevó 40 años”, bromea Van Voorhis.

La prueba podría llevar a aumentos importantes en la eficiencia de las células solares de silicio, elevando el límite de eficiencia teórica del 29% de las células actuales hasta el 35%.

Actualmente se está realizando una amplia gama de investigaciones para llevar la eficiencia de las células solares por encima del 30%, y la mayoría de las técnicas utilizan una combinación de células solares orgánicas y de silicio «apiladas» entre sí para maximizar la cantidad de luz solar convertida en electricidad.

Pero la investigación del MIT / Princeton requiere solo una sola célula de silicio de las que se utilizan normalmente para las células solares disponibles comercialmente en la actualidad. Eso sí, se requerirá investigación adicional antes de que las nuevas técnicas se implementen en paneles solares disponibles comercialmente: «todavía necesitamos optimizar las celdas de silicio para este proceso», dijo Baldo.

 

Fuente: elperiodicodelaenergía

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