Logran fabricar un célula fotovoltaica con una conversión del 47,1% bajo concentración de luz de 143 soles.
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Un nuevo récord en eficacia en energía solar fotovoltaica nos acera al rendimiento del 50%.
Científicos del National Renewable Energy Laboratory (NREL) han logrado fabricar un célula solar con una conversión del 47,1% bajo concentración de luz. Una versión de la misma bajo iluminación solar normal rinde un 39,2%.
Como ya hemos dicho muchas veces, hay dos tipos de estrategias en energía solar fotovoltaica. Una es fabricar células solares baratas de bajo rendimiento y otra es hacer células caras de alto rendimiento. Las segundas se pueden usar en satélites artificiales y en sistemas en tierra con concentración.
Un sistema de concentración usa algún sistema óptico (espejos) para concentrar la luz del sol sobre el sistema fotovoltaico. Si, por ejemplo, la célula opera a 10 soles, eso quiere decir que la intensidad de luz recibida es 10 veces la que recibiría directamente sin tal sistema. Este tipo de sistemas son complejos al necesitar mecanismos, guiados y disipación del calor, pero usan pocas células fotovoltaicas (caras).
Pero conseguir una alta conversión es muy difícil. Los semiconductores que se emplean en las células tienen una zanja (gap) de energía específica. Los fotones que son convertidos en electricidad tienen una energía relacionada con esa esa zanja de energía del semiconductor, de tal modo que muchos no son convertidos y terminan siendo absorbidos por el material, lo calientan y esto termina rebajando el rendimiento. Como la energía de un fotón depende de su frecuencia (o longitud de onda) entonces serán los fotones de determinada gama de frecuencias los que sean convertidos en electricidad y no los demás.
Para evitar esto se pensó hace ya muchos años en montar distintos tipos de semiconductores con distintas zanjas de energía uno encima de otro de tal modo que en cada capa se use una gama de frecuencias determinada hasta cubrir una buena parte del espectro solar.
En este caso el grupo de John Geisz del NREL ha usado 6 uniones de este tipo para alcanzar una conversión del 47,1% bajo 143 soles. La célula se construyó con material de tipo III-V, lo que hace referencia a la ubicación de los elementos correspondientes en la tabla periódica. En total se necesitaron 140 capas de este tipo de semiconductores.
Ryan France (NREL) dice que una manera de reducir el costo de un sistema fotovoltaico que use células caras de este tipo es reducir el área requerida, usar entonces espejos para capturar la luz, enfocarla cientos o incluso miles de veces sobre el material y que de este modo se use muy poco material. Además. La eficacia aumenta al aumentar la concentración.
France cree que se podrá superar la barrera psicológica del 50%, pero mucho más allá de ese punto los límites los impone la termodinámica y que al ser estos fundamentales no se pueden superar.
Otra manera de superar ese rendimiento es reducir la resistencia dentro de la célula que impide que la corriente eléctrica fluya bien y haya perdidas. Este grupo de investigadores ya trabaja en ello. Por otro lado, también trabajan en la reducción de los costes de fabricación para que haya viabilidad comercial.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]