Están desarrollando un sistema de energía solar que podría llegar a tener un rendimiento del 80%.
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Las células solares fotovoltaicas tienen un rendimiento limitado. El problema es intrínseco al uso de un semiconductor específico, en concreto a su zanja de energía.
Así por ejemplo, el silicio empleado en las células fotovoltaicas comerciales tiene una determinada zanja de energía que le permite absorber fotones de una determinada gama de energía, es decir, de una determinada gama de longitudes de onda. Esto limita la energía que se puede conseguir de la luz solar, pues sólo una parte de su espectro es absorbido para producir electricidad. El resto de las frecuencias o longitudes de onda se desaprovecha. El máximo rendimiento que proporciona una célula solar viene dado por límite de Shockley-Queisser, que es un límite o cota superior teórica.
Esta limitación se puede superar usando una células multicapa realizadas en las que cada capa está hecha con distintos materiales semiconductores, de modo que cada uno, al tener una zanja de energía distinta, se absorban gamas de longitudes de ondas distintas. Lo malo es que esta tecnología, aunque es muy efectiva, es muy costosa.
Otra solución que está ahora en desarrollo es el uso de un sistema termofotovoltaico. En este caso se usa un único semiconductor sintonizado para absorber mejor la gama infrarroja. Pero además se usa un material que hace de intermediario con la luz solar. Cuando esta incide sobre el material el material se calienta y emite radiación infrarroja que el semiconductor que está detrás transforma en electricidad.
Un grupo de investigadores del MIT está desarrollando precisamente esta tecnología. Creen que con este sistema se podrían alcanzar rendimientos de más del 80%.
En los prototipos sobre los que han trabajado, el elemento intermedio que emite infrarrojos es un material compuesto en el que se usan nanotubos de carbono y nanocristales.
Recordemos que todo objeto por encima del cero absoluto de temperatura emite radiación electromagnética. El Universo mismo, a poco menos de tres kelvin, emite en la gama de la microondas. Si calentamos más un material emitirá en el infrarrojo, después en el infrarrojo cercano y por encima emitirá luz visible de la parte roja del espectro visible. El hierro al rojo de la fragua no es más que este efecto. Al modelo teórico que describe este fenómeno de le denomina cuerpo negro.
Pero todo esto de la energía solar así obtenida, que suena tan bien, está todavía lejos de ser comercializado. Al principio los sistemas termofotovoltaicos tenían un rendimiento del 1%. Sin embargo, este grupo de investigadores ha conseguido ya un rendimiento del 3,2% y esperan alcanzar un 20% de eficiencia pronto, lo que haría que fuese un producto comercializable.
Todo depende de lo bien que se realicen el elemento intermedio. En este prototipo, la cara que se enfrenta al sol este elemento está recubierto por materiales que absorben bien la luz solar, en concreto de nanotubos de carbono. Al incidir luz concentrada este material se calienta y ese calor es trasmitido a la parte posterior que está compuesta por una capa de cristales fotónicos que han sido diseñados para emitir en una determinada gama del infrarrojo al ser calentados. Esta gama infrarroja es precisamente a la cual el semiconductor posterior es muy eficiente en la conversión a electricidad.
En este caso el mejor rendimiento lo han conseguido a una concentración de 750 soles lo que hacía que el elemento intermedio alcanzara los 962 grados centígrados sobre un prototipo de un centímetro de ancho. Este nivel de concentración es menor que en estudios previos sobre esta misma tecnología. Esperan reducir esta concentración con ciertas mejoras técnicas.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original. [3]
Foto: John Freidah