La mayoría de las células fotovoltaicas se fabrican con silicio, pero hemos alcanzado el límite teórico de lo que el silicio puede ofrecer. Por eso se investigan materiales más eficientes y nuevas estructuras capaces de convertir una mayor cantidad de energía solar en electricidad.
Las superredes o redes de heteroestructuras (en inglés, 'superlattice structures') no son precisamente un concepto nuevo, fueron introducidas en 1974. Pero su desarrollo de los últimos años está siendo intenso y prometedor, especialmente en el uso de perovskitas para la fabricación de células fotovoltaicas.
Estas estructuras se forman apilando capas alternas de distintos materiales conductores. Las capas tienen un grosor nanométrico (de apenas unos cientos de átomos) y se acoplan intrincadamente para dar lugar a un dispositivo electrónico.
Un flujo extraordinario de corriente
Estructura de la red cristalina de tres materiales
En Alemania, investigadores de la Universidad Martín Lutero de Halle-Wittenberg fabricaron una célula fotovoltaica que reemplaza el silicio por una heteroestructura de tres materiales. En concreto, colocaron alternativamente capas cristalinas de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio: un material ferroeléctrico alternado con dos materiales paraeléctricos distintos.
"Incrustamos el titanato de bario entre titanato de estroncio y titanato de calcio", explica el físico Yeseul Yun, autor principal del estudio. "Esto se logró vaporizando los cristales con un láser de alta potencia y redepositándolos sobre sustratos portadores, lo que produjo un material compuesto por 500 capas de unos 200 nanómetros de espesor".
Los científicos irradiaron el dispositivo con láser durante sus mediciones, y comprobaron que alternar periódicamente los tres cristales multiplicaba por 1.000 el efecto fotovoltaico del material ferroeléctrico (titanato de bario) en estado puro. La heteroestructura cristalina había aumentado extraordinariamente el flujo de corriente.
Los investigadores todavía no saben muy bien por qué. De alguna manera, la interacción entre las capas permite que los electrones fluyan mucho más fácilmente al excitarse con fotones de luz.
Lo mejor de todo es que los cristales mantuvieron un flujo constante en todos los rangos de temperatura durante un periodo de seis meses. Esto es importante porque el mayor desafío de las perovskitas, consideradas el santo grial de la energía solar, es su rápida degradación.
Pero la mayor ventaja de los materiales ferroeléctricos es que son baratos y fáciles de producir en comparación con el silicio porque, al separar naturalmente sus cargas, no necesitan una unión PN, es decir, capas dopadas positiva o negativamente.
Son muchas y buenas promesas, pero la idea es incipiente y hace falta mucha más investigación para escalarlo y que llegue a los paneles solares de nuestros tejados. La pregunta que quieren resolver antes los científicos es: ¿podemos mezlcar otros materiales para conseguir una generación de electricidad aún mayor?
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