¡Estado emocionado! - Un gran avance en la tecnología de células solares

Las celdas solares en el pasado tenían un límite en su eficiencia. En una celda solar convencional basada en silicio, cada fotón de luz que golpearía la superficie de la celda liberaría un electrón. Los fotones con mayor energía no marcarían la diferencia ya que no podrían atraer electrones adicionales. Ahora, los investigadores han ideado un método novedoso para obtener fotones de luz de alta energía para liberar dos electrones en lugar de uno, lo que abre caminos para un nuevo tipo de celda solar con mayor eficiencia.

La mayor eficiencia teórica posible alcanzada por las células solares convencionales es del 29,1%. En los últimos años, investigadores del MIT y otros lugares han desarrollado un nuevo método para aumentar la eficiencia de las células.

Primeras demostraciones

Se ha conocido el principio de esta tecnología y ya se ha realizado su demostración. Sin embargo, esta tecnología tardó años en volverse operativa. Estudios anteriores demostraron la liberación de dos electrones de un fotón de luz para células fotovoltaicas orgánicas. Sin embargo, las células solares de silicio son más eficientes que las células solares orgánicas. Cuando se realizaron pruebas en una celda solar con la capa superior compuesta de tetraceno, la transferencia de dos electrones no fue sencilla. Aunque esta tecnología se conceptualizó hace 4 décadas, su practicidad ahora se está convirtiendo en una realidad.

Proceso de excitación

La tecnología implica el uso de excitones, que son un grupo de materiales que contienen estados excitados. Permiten la división de energía de un fotón en dos electrones. Los excitones son paquetes de energía como los electrones que se propagan en un circuito. Sin embargo, tienen propiedades diferentes en comparación con los electrones. En este proceso, se lleva a cabo la fisión de excitón singlete, donde la energía de la luz se divide en dos paquetes de energía móviles independientes. La celda solar de silicio absorbe un fotón y forma un excitón, que sufre una reacción de fisión para formar dos estados excitados, donde cada paquete de energía posee la mitad de la energía del estado inicial.

Resolución de desafíos

Acoplar la energía obtenida del fotón en el silicio fue difícil ya que es un material no excitónico. El equipo de investigación trató de acoplar la energía de la capa excitónica en diminutas partículas semiconductoras conocidas como puntos cuánticos. Fue entonces cuando ocurrió el gran avance en la tecnología de células solares, donde eran tanto inorgánicas como excitónicas. Esto condujo al desarrollo de una célula solar de silicio más eficiente.

Papel de la química superficial

Las transferencias de energía son posibles no debido a la mayor parte del material sino a la superficie del material. El equipo de investigación pudo obtener los resultados deseados debido a su enfoque en la química superficial del silicio. Esto ayudó en la determinación de los estados superficiales que estaban presentes allí. La solución se encuentra en una fina capa intermedia, que se encuentra en la interfaz entre la capa de tetraceno y la capa de células de silicio. El material intermedio utilizado es el oxinitruro de hafnio, que tiene unos átomos de espesor y actúa como puente para los excitones. Esta nueva tecnología impulsó la máxima eficiencia teórica del 29,1 % al 35 %.

Alcance

Aunque se ha logrado un acoplamiento eficiente de los dos materiales, se requiere una mayor optimización de las celdas de silicio para este proceso. Existe la necesidad de que las celdas sean más delgadas que las versiones actuales. También se debe trabajar en la estabilización de los materiales para su durabilidad. Tomaría algunos años para que el producto esté disponible comercialmente. Otros métodos para mejorar la eficiencia implican la adición de otros tipos de células, como una capa de perovskita sobre silicio.