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Células solares económicas hechas de hilos de silicio embebidos en plástico son flexibles, absorben mucha más luz y tienen una alta tasa de conversión eléctrica.

Microfotografia de la célula solar. Fuente: Caltech, Michael Kelzenberg.

Hay una carrera tecnológica a la hora de conseguir células solares eficientes y baratas que permitan un aprovechamiento realista de la energía solar. Todas las semanas hay un nuevo logro al respecto, pero no parece que estas ideas terminen cuajando.
Una de las más recientes es la desarrollada por científicos del Caltech. Se basa en el uso de hilos de silicio embebidos en un substrato de polímero (plástico). Con esta idea pretenden conseguir células solares flexibles que absorban mucha luz y así convertir esa luz en electricidad.
La tecnología de silicio fotovoltaica es la más madura, pero tiene que competir con la industria electrónica que es capaz de pagar un precio muy alto por las obleas de silicio monocristalino ultrapuro. Algunas ideas de obtención de células baratas se basan precisamente en el uso de la menor cantidad posible de silicio, como la técnica de cortar obleas ultrafinas, pues sólo importa la superficie y no el volumen.
En este caso se consigue usar una pequeña fracción del silicio que se emplea en las células solares comerciales. Además, según Harry Atwater, director del Instituto Resnick del Caltech, estas nuevas células sobrepasan el límite de absorción de luz de los materiales convencionales, incluso de aquellos que utilizan microestructuras para atrapar la luz.
La capacidad de atrapar luz es un factor muy importante en las células solares, pues una buena cantidad de luz suele ser reflejada por la superficie. En este caso se absorbe el 96% de la luz incidente de una longitud de onda específica y un 85% si consideramos el total del espectro solar visible. Un artículo sobre este logro aparece en Nature Materials.

Esquema de la célula solar compusta de fibras de silicio en matriz de polímeros. Fuente: Caltech, Michael Kelzenberg.

Muchos materiales, como la pintura negra, absorben bien la luz, pero no generan electricidad. Por el contrario, algunos semiconductores pueden generar electricidad con la luz absorbida pero no absorben mucha luz.
El sistema de formaciones de hilos de silicio desarrollado por este grupo de científicos logra convertir entre un 90% a un 100% de los fotones absorbidos en electricidad. En términos técnicos los hilos están muy cerca de la eficiencia cuántica perfecta. Otra cosa distinta es si esa electricidad se puede sacar fuera como energía usable, algo que rebajaría esa eficiencia.
La clave de este sistema radica en que la luz, cuando incide en una fibra o hilo, es parcialmente absorbida y parcialmente dispersada, pero la luz dispersada puede terminar siendo absorbida por otra fibra. Además, esto ocurre con independencia de la densidad de hilos en la formación, algo que sorprendió a los investigadores. Según estos científicos basta con cubrir entre el 2% y el 10% de la superficie de la célula con hilos de silicio para que el sistema funcione.
Cada fibra de silicio mide entre 30 y 100 micras de longitud y sólo una micra de grosor en diámetro. Éstas representan solamente un 2% del volumen de la célula, siendo el resto polímero transparente.
Todo esto significa que se pueden construir células muy eficientes que además sean baratas y consuman poco material. El producto final es flexible y se podría manufacturar y transportar en rollos, lo que lo haría aún más barato en costos finales.
El próximo paso a dar por estos investigadores es aumentar el voltaje de operación y el tamaño de la célula (ahora sólo tienen prototipos de 1 centímetro cuadrado). Esperan que células de cientos de centímetros cuadrados funcione tan bien como sus hermanas pequeñas.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa del Caltech.
Kelzenberg et al. Enhanced absorption and carrier collection in Si wire arrays for photovoltaic applications. Nature Materials, 2010; DOI: 10.1038/nmat2635.