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Sientan las bases tecnológicas para que en un futuro haya células fotovoltaicas con un 66% de rendimiento.

Puntos cuánticos de seleniuro de plomo absorben la energía solar y transfieren electrones calientes al óxido de titanio. Fuente: Universidad de Texas.

Según un estudio de la Universidad de Texas dirigido por Xiaoyang Zhu, la eficiencia de las células fotovoltaicas podría incrementarse desde el actual límite de un 30% hasta alcanzar más de un 60%. El estudio se publicó en la revista Science. Estos científicos han descubierto un método para capturar la luz solar de alta energía que normalmente se pierde en forma de calor en las células convencionales. Esto se lograría con el uso nanocristales operando a modo de puntos cuánticos.
La máxima eficiencia de una célula solar de silicio actual es del 31%. La razón de tan bajo rendimiento se debe a que parte de la luz solar que llega a la célula está compuesta por fotones de alta energía que el semiconductor no es capaz de transformar en electricidad. Sólo lo logra en una determinada gama del espectro que viene dada por el semiconductor empleado. El resto de la energía, en forma de lo que se llaman “electrones calientes” o “rápidos” se pierde en forma de calor.
Si se pudieran capturar esos electrones calientes la conversión energética en electricidad se podría incrementar hasta en un 66%. Pero para ello hay que dar unos pasos previos, según Zhu. Lo primero es que la tasa de enfriamiento de electrones calientes necesita ser reducida. Segundo, necesitamos ser capaces de tomar esos electrones calientes y usarlos rápidamente antes de que disipen su energía. Según Zhu para conseguir todo esto se pueden utilizar nanocristales semiconductores actuando a modo de puntos cuánticos.
Para el primer problema ya varios grupos de investigación sugirieron en el pasado que el enfriamiento de electrones calientes puede ser reducido en nanocristales. En 2008 un grupo de la Universidad de Chicago mostró esto mismo y sin ambigüedades con nanocristales semiconductores coloidales.
Ahora el grupo de Zhu cree haber solucionado el segundo problema. Descubrieron que los electrones calientes pueden ser transferidos desde nanocristales de seleniuro de plomo excitados por un fotón a óxido de titanio. Una vez que estos electrones son transferidos pueden ser usados en la generación de corriente eléctrica. Además, los investigadores demostraron experimentalmente que esto era posible.
Aunque los puntos cuánticos utilizados en los experimentos estaban hechos de seleniuro de plomo, Zhu afirma que el método también funcionará para puntos cuánticos hechos de otros materiales.
De todos modos Zhu advierte que se están dando los primeros pasos y que se necesita hacer más ciencia y desarrollar la ingeniería necesaria antes de que el mundo vea células solares con un 66% de eficiencia. Un punto es igualmente crítico: la conexión eléctrica hasta un cable conductor.
Según Zhu si se extraen electrones calientes de la célula solar se puede perder energía en el cable conductor en forma de calor. La próxima meta de estos científicos es ajustar la química necesaria en la interfase entre el cable conductor y el semiconductor de tal modo que se minimice la pérdida de energía.
“Los combustibles fósiles tiene un alto costo medioambiental”, dice Zhu. “No hay razón para que no podamos usar un 100% energía solar dentro de 50 años”.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).