NeoFronteras

Récord en silicio negro

Área: Tecnología — domingo, 24 de mayo de 2015

Consiguen un eficiencia del 22,1% de conversión de luz en electricidad con silicio negro.

Foto

La electricidad se encarece y se encarecerá cada día más debido al uso y abuso de unos combustibles fósiles cada vez más escasos y caros. Es normal que la gente mire a las energías renovables, como la solar, como fuentes de esa energía eléctrica, incluso como suministro particular en sus casas y pese a la oposición de algunos gobiernos comprados.
Pero las placas fotovoltaicas no son tan perfectas como pueda parecer. La convencionales de silicio son las más baratas, pero tienen un rendimiento bajo.
Por el contrario, las de mayor rendimiento son muy caras y sólo tiene sentido su uso en sistemas de concentración que, además, implica el uso de mecanismos de seguimiento que encarecen la instalación. Pero, pese a que llevamos una década mejorando mucho el rendimiento de las células fotovoltaicas especiales, estas sólo llegan, a lo más, a usarse en los satélites artificiales. En los peores casos no terminan de comercializarse.
Mientras tanto el precio de las células convencionales de silicio ha ido disminuyendo de tal modo que es ya absolutamente rentable usarlas en casas unifamiliares siempre que no se invierta en las costosas baterías (que son aún más caras si las fabrica Tesla Motors).
Por eso es interesante la nueva marca mundial conseguida por investigadores de la Universidad Alto y la Politécnica de Cataluña gracias a la financiación europea. Han logrado un 22,1% de rendimiento usando silicio negro. Un aumento del 4% sobre el anterior record en el mismo tipo de material.
El prototipo es una célula convencional de silicio, pero su superficie es tratada de un modo especial para que absorba el máximo de luz, por lo que su aspecto es negro, incluso bajo casi cualquier ángulo de visión.
Pero en este caso han conseguido mejoras, como la de esconder los electrodos de contacto que normalmente están sobre la superficie.
Como todos sabemos, las placas fotovoltaicas no son negras, si las vemos así es porque reflejan luz solar, luz que no es convertida en electricidad. En este caso han tratado la superficie con una nanoestrutura que es depositada a capas de grosor atómico. Es una técnica habitual que crear cierta “rugosidad” en la superficie y obtener silicio negro, pero normalmente se tiene el problema de aumentar la superficie de recombinación.
En este nuevo caso han logrado evitar en cierto modo este cuello de botella que conlleva la recombinación superficial y que esta no sea un factor limitante en el rendimiento del silicio negro.
En esta célula prototipo conseguida se logra una eficiencia cuántica del 96% (eso no significa que se obtenga eso en electricidad) cuando se usa luz de 300 nm, lo que demuestra que el problema del aumento de la superficie de recombinación no limita la eficiencia de la conversión energética en el silicio negro en este caso.
Obviamente hay otros factores limitantes, como que la conversión no es la misma para todas las frecuencias del espectro óptico.
Pero el silicio negro tiene otras ventajas que no tiene el convencional, como el ser capaz de absorber luz que incida en ángulos muy alejados de los perpendiculares. Esto significa que una instalación fija sin seguimiento que porte estas células genera más energía en todo el día que las convencionales.
Esta característica es especialmente interesante a altas latitudes, donde el sol mantiene un ángulo pequeño a lo largo de todo el año. En experimentos realizados en invierno en Helsinki se demostró que el silicio negro generaba más energía que el silicio convencional aunque el rendimiento de ambas fuera igual.
El próximo paso a dar es aplicar esta misma técnica a otro tipo de células, como las multicristalinas.
La marca se consiguió usando silicio fino de tipo p, que suele tener degradación debido a las impurezas, así que no hay razón para pensar que se puede mejorar dicha marca usando silicio de mejor calidad.
El prototipo conseguido tiene ya de 9 cm cuadrados, así que no hay razón para pensar que no se pueda aplicar en obleas de silicio estándar más grandes, por lo que su comercialización no parece problemática. Así que es de esperar que la veamos pronto a la venta.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4675

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Universidad Alto.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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6 Comentarios

  1. Esteban:

    Por favor quisiera que aclaren lo del parentesis, …todavía son mas caras si las fabrica Tesla Motors… puesto que todas las criticas fueron favorables.
    Gracias

  2. NeoFronteras:

    Pues está bien claro. La tecnología de litio de Tesla está bien para automóviles porque en ese caso se necesitan baterías pequeñas que pesen poco. Esas limitaciones no se aplican a las casas y ya hay alternativas (instalables en un sótano) en las que sale más barato en términos de euros por kWh:

    https://plus.google.com/101352047091108195845/posts/TxskPrRgoqp

    Si lo que uno busca es diseño entonces estamos hablando de otra cosa, claro. Pero ya se sabe que la gente está dispuesta a pagar más por el iphone. Incluso la gente es capaz de comprar lo más caro porque se sabe que es caro y los demás saben que lo es.
    Las baterías de Tesla para el hogar están pensadas para que queden bien colgadas de la pared y que así las visitas las vean.

  3. tomás:

    Admirado Neo:
    Supongo que debe ser un error: párrafo 8: “Como todos sabemos… no son negras, si las vemos así es porque reflejan la luz solar…”
    ¿No será porque absorben la luz solar?

    Tampoco comprendo la frase del párrafo 4 empezando por abajo: “… que el silicio negro generaba más energía que el silicio convencional aunque el rendimiento de ambas fuese igual”. Pues sólo encuentro solución en ese “ambas” femenino que quizá se refiera a las instalaciones necesarias para cada caso, porque si se refiriese a las células, a igualdad de rendimiento por la misma superficie, ha de corresponder la misma energía generada.
    En fin… ya me dirás.

  4. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    La primera es autoexplicativa. Como se puede ver en la foto, las de silicio negro son casi indistinguibles de un agujero. Las demás no.

    En el segundo caso se entiende bien si se repara en que las pruebas de rendimiento se realizan con luz incidiendo sobre la superficie con ángulo nulo. Si no es así la célula negra refleja menos que las convencionales. En circunstancias normales en las que el sol puede incidir con muchos ángulos a lo largo del día, la cantidad de energía convertida por las de silicio negro es mayor por día, aunque en el laboratorio den igual rendimiento.

    Pero este logro dice que en el laboratorio ya tienen más rendimiento las de silicio negro.

  5. tomás:

    Claro, vemos la luz que no es convertida en electrididad y, por tanto, se refleja.

    Y en en caso segundo la cuestión está en si en laboratorio o en el terreno.

    Pues muchas gracias.

  6. NeoFronteras:

    ¡Exacto! Aunque no toda la luz absorbida es convertida en electricidad.

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