Un equipo de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Sídney, acaba de batir un récord que interesa mucho más allá de los laboratorios. Han llevado las células solares de calcogenuro de antimonio Sb₂(S,Se)₃ hasta una eficiencia del 11,02 % en el laboratorio, con un 10,7 % certificado de forma independiente por el CSIRO, uno de los pocos centros de medida fotovoltaica reconocidos en todo el mundo.
Puede sonar a poco si se compara con los paneles de silicio comerciales que ya superan el 20 %. La clave está en otra parte. Estas células no quieren sustituir al silicio, sino colocarse encima en arquitecturas tándem para exprimir aún más cada rayo de sol sobre tejados, fachadas y ventanas.
Qué tiene de especial este material
El calcogenuro de antimonio es un compuesto de antimonio, azufre y selenio. Absorbe la luz con muchísima eficacia, tanto que una capa de unas pocas centenas de nanómetros ya captura buena parte de la radiación útil. Además, se puede depositar a baja temperatura, con procesos compatibles con producción a gran escala y menor consumo energético en fábrica, y se basa en elementos relativamente abundantes.
En la práctica, esto significa la posibilidad de hacer células muy finas, semitransparentes y estables, que se integren en cristales de edificios, en dispositivos electrónicos de bajo consumo o como capa superior sobre un panel de silicio convencional. Menos superficie útil desperdiciada y más electricidad limpia por metro cuadrado, algo importante en cubiertas pequeñas o en bloques de pisos donde cada centímetro cuenta.
   |
   |
El problema de la “cuesta arriba” dentro de la célula
Pese a sus ventajas, la eficiencia de este material llevaba años atascada por debajo del 10 %. El equipo de la UNSW se preguntó por qué y la respuesta estaba escondida a escala atómica. Durante el crecimiento de la capa absorbente, el azufre y el selenio no se distribuían de forma homogénea en profundidad. Esa mezcla desigual generaba una especie de cuesta energética que frenaba el movimiento de las cargas.
El primer autor del trabajo, el doctor Chen Qian, lo compara con “conducir un coche por una pendiente muy pronunciada”. En lugar de avanzar por una carretera llana, los portadores generados por la luz tenían que “subir” dentro del material antes de ser recogidos por los contactos eléctricos. Se perdía energía por el camino y parte de la luz capturada acababa desaprovechada en forma de calor.
La solución pasa por añadir una pizca de sulfuro de sodio
La novedad del estudio está en un ajuste fino de la química. El equipo ha introducido una pequeña cantidad de sulfuro de sodio en la solución precursora que se usa en la deposición hidrotermal, la técnica con la que se fabrica la película de Sb₂(S,Se)₃. Este aditivo amortigua el pH y ralentiza la reacción, de modo que el selenio se libera de manera más controlada y azufre y selenio se reparten con más uniformidad en toda la capa.
Visto desde fuera, la “carretera” interna deja de tener una cuesta marcada. El perfil de energía se aplana, las cargas no se quedan atrapadas y el transporte a través del absorbedor es más eficiente. Las mediciones muestran que la corriente generada aumenta de alrededor de 22 a unos 25 miliamperios por centímetro cuadrado y que el factor de llenado mejora varios puntos, algo esencial para arañar décimas de eficiencia en tecnologías emergentes.
El trabajo también va al fondo del problema de los defectos. Usando técnicas de espectroscopia de niveles profundos, las personas investigadoras han comprobado que ciertos defectos puntuales que actuaban como trampas “profundas” para los portadores se reducen aproximadamente dos órdenes de magnitud cuando se utiliza sulfuro de sodio. En términos sencillos, el material contiene muchas menos fugas internas donde se pierde la electricidad generada por la luz.
De la mesa del laboratorio a las ventanas solares
Más allá de la cifra del 11,02 %, lo interesante es hacia dónde abre puertas este resultado. La profesora Xiaojing Hao, que lidera la investigación, recuerda que la próxima gran ola fotovoltaica serán las células tándem, donde varias capas distintas trabajan en equipo para superar los límites de una sola unión. En ese esquema, el calcogenuro de antimonio encaja bien como célula superior, combinándose con el silicio que ya domina los tejados de medio mundo.
Este material, al ser ultrafino y semitransparente, también apunta a aplicaciones de integración arquitectónica. La propia universidad señala su potencial para ventanas solares que dejen pasar la luz y al mismo tiempo produzcan electricidad, así como para sensores interiores, credenciales inteligentes o dispositivos conectados que se alimenten con la luz de una oficina o de un comercio. Una empresa derivada llamada Sydney Solar ya trabaja en “pegatinas” solares para vidrio, aprovechando estas capas casi invisibles.
Para el lector que piensa en emisiones de CO₂ y en la factura de la luz, la conclusión es más terrenal. Cada mejora en materiales como este acerca un poco más un sistema eléctrico donde la solar no solo cubre tejados, sino también fachadas y ventanas, y donde los dispositivos se alimentan solos sin depender tanto de baterías desechables o de enchufes. No es una revolución inmediata, pero sí una pieza más en el puzle de la transición energética.
El equipo reconoce que aún hay margen de mejora y que el siguiente objetivo razonable es llegar en los próximos años hasta alrededor del 12 % de eficiencia mediante tratamientos químicos adicionales que sigan reduciendo defectos, siempre paso a paso, sin atajos milagrosos.
El estudio científico original ha sido publicado en la revista Nature Energy.
