En un mundo donde la demanda energética crece de manera exponencial, el desarrollo de tecnologías que permitan aprovechar al máximo las fuentes renovables es una necesidad urgente.
En este contexto, un equipo de investigadores de la Universidad de Lehigh, en Pensilvania (Estados Unidos), ha logrado un avance revolucionario: la creación de un material cuántico tan pequeño que desafía las escalas atómicas, con una eficiencia sin precedentes del 190% en la conversión de energía solar.
Este hallazgo, publicado en la prestigiosa revista Science Advances, redefine los límites de la tecnología fotovoltaica y promete una nueva generación de paneles solares capaces de transformar la manera en que el mundo genera y utiliza energía.
Más allá del límite de Shockley-Queisser
Desde 1961, el límite teórico de eficiencia establecido por William Shockley y Hans Queisser ha sido una barrera desafiante en la conversión de luz solar en electricidad.
Este límite, fijado en un 33,7% para materiales basados en silicio, representa la cantidad máxima de energía solar que puede convertirse en energía eléctrica. A pesar de los avances logrados con materiales como la perovskita y las combinaciones multicapa, superar significativamente este estándar ha sido un desafío hasta ahora.
El nuevo material cuántico desarrollado por los investigadores de Lehigh rompe esta barrera al lograr una eficiencia cuántica externa (EQE) de hasta el 190%. En las células solares tradicionales, la EQE máxima es del 100%, lo que significa que cada fotón absorbido genera un electrón.
Sin embargo, el material cuántico no solo logra captar más fotones, sino que también genera múltiples electrones a partir de fotones de alta energía, un fenómeno conocido como Generación Múltiple de Excitones (MEG).
El secreto del material cuántico
El éxito de este material se atribuye a sus «estados de banda intermedios», niveles de energía que permiten capturar fotones que normalmente se perderían por reflexión o como calor en células solares convencionales. Además, su capacidad para absorber eficientemente luz tanto en las regiones visible como infrarroja del espectro electromagnético le confiere una ventaja significativa.
Este material, que actúa como una capa activa en células solares, logra una absorción fotovoltaica media del 80%, un avance sin precedentes en el campo de la energía solar. El prototipo desarrollado por el equipo también demostró que ajustar el grosor de esta capa permite optimizar su actividad óptica y mejorar aún más la EQE en longitudes de onda clave, entre los 600 y 1.200 nanómetros.
Diseño cuántico: más pequeño que un átomo
La naturaleza cuántica del material es lo que lo hace tan revolucionario. Diseñado a escala nanométrica, incluso más pequeño que un átomo, este material aprovecha principios de la mecánica cuántica para maximizar la eficiencia en la conversión de energía.
Estas propiedades emergen debido a la disposición específica de sus átomos y electrones, lo que crea condiciones ideales para la interacción con la luz solar.
Su impacto en el futuro de la energía solar
El desarrollo de este material cuántico marca un hito en la búsqueda de fuentes de energía sostenibles. Aunque su comercialización todavía requiere más investigación y pruebas, las técnicas empleadas para su fabricación ya están bastante avanzadas, lo que augura un futuro prometedor.
Entre las ventajas clave de este material encontraremos:
- Maximización de la eficiencia: al superar el límite de Shockley-Queisser, permite producir más electricidad sin aumentar el número de paneles solares instalados.
- Sostenibilidad: la mayor eficiencia reduce la dependencia de materiales tradicionales como el silicio, cuyos procesos de extracción y fabricación son altamente contaminantes.
- Flexibilidad: la capacidad de ajustar el grosor del material para optimizar su rendimiento facilita su integración en diversos diseños de células solares.
Como podemos observar, este avance no solo representa una victoria para la ciencia y la tecnología, sino también para la humanidad en su conjunto, al abrir nuevas posibilidades para un futuro más limpio y sostenible.
