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Consiguen en el laboratorio demostrar que es posible desarrollar una célula fotovoltaica de silicio con un mejora en el rendimiento del 50%.

Los científicos dedicados al desarrollo de células fotovoltaicas siguen encerrados en sus laboratorios en una carrera contra reloj por conseguir energía solar barata.
En los últimos meses se han producido numerosos pequeños avances en este campo. Algunos de ellos involucran logros en nanotecnología, polímeros, y sistemas de tinte. Aunque hay muchos frentes abiertos se trabaja principalmente en dos direcciones: conseguir células de bajo rendimiento pero muy baratas o conseguir células de alto rendimiento aunque sean caras. Lo ideal sería una célula barata y alto rendimiento, ¿es esto posible?
Para elevar el rendimiento de estas células a veces se trabaja con modelos informáticos que ayuden al diseño de sistemas con mayor eficacia.
Recientemente científicos del MIT predijeron con uno de estos modelos que se podría conseguir un aumento en el rendimiento en un 50% en células fotovoltaicas de silicio simplemente optimizando su absorción de la luz. Esto significaría que la energía proporcionada estaría un 50% por encima de lo normal.
La idea es aplicar una capa antireflectante sobre la superficie frontal de una célula de silicio delgada convencional que facilite la entrada de luz y un sistema multicapa y una red de difracción en la cara posterior que refleje la luz que no se haya absorbido.
La idea ya la aplican algunos animales nocturnos que consiguen reflejar parte de la luz que pasa a través de la retina para que vuelva a pasar de nuevo. En este caso la capa depositada en la cara posterior de la célula refleja la luz y ésta recorre un camino mayor que le permita tener mayores probabilidades de ser absorbida y por tanto de ser convertida en electricidad.
Es crítico que la luz que entre en el sistema recorra el máximo camino posible dentro del silicio y que no que sea absorbida o reflejada fuera de él. La clave es cuánto puede recorrer un fotón dentro del silicio semiconductor antes de que se dé una alta probabilidad de ser absorbido y la energía que porta convertida en electricidad.
El equipo de investigadores corrió miles de simulaciones en las que probaba variaciones en el espaciado de las líneas de la red de difracción, en el grosor de la lámina de silicio y en el número y grosor de las capas reflectantes depositadas en la cara posterior. La idea era encontrar los valores adecuados a estos parámetros para así optimizar le rendimiento.
Encontraron una configuración para un grosor de 2 micras que ofrecía el mejor rendimiento.
Después de las simulaciones había que validar el resultado experimentalmente. Los experimentos confirmaron las predicciones. Este resultado ha levantado un gran interés por parte de la industria.
El grupo informará de estos resultados en el congreso anual de la Materials Research Society que se celebra en Boston a partir desde el día 2 de diciembre y el artículo con los resultados ha sido ya aceptado para su publicación en Applied Physics Letters.
Este trabajo es solo el primer paso hacia la producción de células solares mejoradas, necesitándose más trabajos de ajuste por hacer, tanto en las simulaciones como en los experimentos. Además hay que desarrollar el proceso de manufactura. Estos científicos esperan que en tres años sea posible una versión comercial.
Aunque en los laboratorios ya hay células multicapada de semiconductores exóticos que llegan a un 42% de rendimiento en el laboratorio, su alto precio sólo permitiría usarlas en sistema con concentradores (lentes y espejos). Las células de silicio son más baratas y tienen peores rendimientos. Por orden de rendimiento y precio creciente las células de silicio pueden ser de silicio amorfo, policristalino y monocristalino. El substrato de silicio monocristalino de alta calidad usado en las células fotovoltaicas convencionales representa una alta proporción del coste final de la célula. Cuanto más fino sea éste más económica será la célula solar que se obtenga. En esta versión de película delgada del MIT se usa sólo un 1% de silicio del habitual.
La manufactura más sofisticada incrementará el precio final de esta célula, pero su alto rendimiento y la baja utilización de material compensarían con creces esto. Obviamente el rendimiento del producto comercial será un poco inferior al del laboratorio, pero sería todo un logro disponer de algo así en un plazo de tres años.
¿Estamos ya a las puertas de una célula solar barata y de alto rendimiento?

Fuentes y referencias:
Nota de prensa del MIT.
Ilustración: célula de silicio monocristalino convencional.

NOTA: la primera versión de este artículo contenía un error que ha sido corregido en esta nueva versión.