Los paneles solares nos están dando estos últimos meses una de cal y otra de arena. Por un lado, el aplastante dominio de China en su producción ha provocado una notable caída en los precios. Cada vez es más asequible para el usuario comprar paneles soplares de cara al autoconsumo y colocarlos en el tejado o, incluso, en el balcón. De hecho, el precio ha caído tanto que hay quien opta por comprar paneles y colocarlos como vallas de jardín antes que las tradicionales de madera.
La cara negativa es que se está alcanzando el límite teórico de conversión en los paneles convencionales de silicio cristalino. La buena noticia es que están investigando nuevas células solares que alcanzarían un nivel de eficiencia cuántica extrema del 190%. Hay varias cosas que decir al respecto.
El límite de Shockley-Queisser. En 1961, los físicos William Shockley y Hans Queisser establecieron un límite teórico de la energía lumínica que se podía convertir en electricidad. Con los años, el límite subió al 33,7%, donde se estableció como una especie de estándar y una barrera en la energía que se podría convertir en electricidad. Esto significa que de los 1.000 W/m² incidente, lo que se podrá convertir a electricidad serán 337 W/m².
Evidentemente, ha llovido mucho desde entonces y este límite se aplica únicamente a sistemas monocapa, pero con nuevos paneles y materiales, hemos visto que la barrera se ha empujado considerablemente. Un ejemplo son los paneles de perovskita, con el que se han logrado eficiencias de conversión del 33,9%. Y hace un par de años se logró un 47,6% de eficiencia al combinar una capa de fosfuro de galio e indio y arseniuro de galio/aluminio, junto con otra capa de fosfuro de arseniuro de galio e indio y arseniuro de galio e indio.
Maximizar la eficiencia. Son tecnologías que pueden lograr dejar atrás las limitaciones de las células solares de unión simple, y ahí es precisamente donde estamos ahora mismo, en esa búsqueda de la eficiencia. Esto se puede lograr aprovechando más los paneles solares actuales y dando segundas oportunidades a soluciones antiguas o mejorando la eficiencia de los paneles con nuevas tecnologías.
En China ya están experimentando con soluciones que permitirían una eficiencia de algo más del 50%, pero esa barrera podría difuminarse más aún con las células solares que están investigando en la Universidad de Lehigh.
Eficiencia cuántica vs conversión. Aquí hay que distinguir entre la eficiencia a la hora de convertir energía lumínica en electricidad y la eficiencia cuántica extrema. Esto se refiere a la capacidad de las células fotovoltaicas para convertir fotones en electrones utilizables. Actualmente, esa eficiencia cuántica extrema (o EQE por sus siglas en inglés) es del 100%, lo que significa que cada fotón da como resultado un electrón utilizable.
La investigación de la Universidad de Lehigh lleva esto mucho más lejos. Intentando encontrar la tecnología para paneles de próxima generación, han creado un material cuántico que, integrado como una capa activa en un dispositivo de células solares, dio una absorción del 80% y una alta tasa de portadores fotoexcitados. La EQE fue de entre un 110% y un 190% en una amplia gama de ondas solares, incluyendo las de infrarrojo cercano y la del espectro de luz visible. Aprovechar todas las franjas posibles es otro de los objetivos para mejorar la eficiencia de conversión.
Prometedor. Junto a este hallazgo, el equipo observó que, ajustando el grosor de esa capa activa, se consigue una actividad óptica superior y una mayor EQE en longitudes de onda desde los 600 a los 1.200 nm. El resultado teórico es una eficiencia de conversión a electricidad de hasta el 63%. Y ese es el resultado realmente impresionante, ya que es el que permitiría que los paneles solares sean más eficientes en el proceso de la producción de electricidad.
El equipo reconoce que hay trabajo por delante, pero que en la industria ya hay varias formas bien establecidas para mejorar la EQE y la eficiencia de los paneles. Es algo que se está consiguiendo gracias al uso de superficies texturizadas que minimizan las pérdidas por la reflexión, los diseños multicapa para captar un espectro más amplio de la luz solar o los materiales avanzados como nuevos semiconductores o las mencionadas perovskitas. También están poniendo el foco en la eficiencia cuántica interna, que es la que se rige por las pérdidas ópticas debido a la reflexión de la luz en la parte frontal de las células solares.
Lo que está claro es que una vez el precio de los paneles solares actuales (los comerciales no suelen acercarse al límite teórico del 33,7%) está por los suelos, la industria se está enfocando en hacer que sean mucho más eficientes. ¿La gran ventaja? Aprovechar la energía lumínica y producir más electricidad sin aumentar exponencialmente el número de paneles instalados en las plantas fotovoltaicas.
Imagen | Raysonho
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