El sector de la energía fotovoltaica se encuentra desde hace un tiempo desarrollando óptimas innovaciones para ofrecer mayor eficiencia de captación y conversión de electricidad que las cifras alcanzadas hasta ahora. En estos términos, uno de los últimos estudios publicados en una revista científica encuentra una solución aplicable al panel solar que bate los récords de la física cuántica.
¿Cuál es el nuevo estudio que rompe el récord de eficiencia energética?
La noticia llega desde Estados Unidos donde un equipo de científicos de la Universidad de Lehigh en Pensilvania, realizó una formulación que combina nuevos elementos químicos para ofrecer mayor eficiencia energética que la alcanzada hasta la actualidad.
El resultado concretado en un material cuántico con Generación Múltiple de Excitones (MEG) que, integrado como una capa activa en un dispositivo de células solares, ofreció una absorción del 80% y una alta tasa de portadores fotoexcitados.
El resultado teórico obtenido da una eficiencia de conversión de electricidad de hasta el 63% con respecto a la alcanzada por los últimos estudios científicos con otros elementos como la perovskita que habían alcanzado todo un récord con un 37%.
Esto significa un gran avance a los números actuales, teniendo en cuenta que el uso de eficiencia cuántica extrema (EQE) es decir, la capacidad de las células fotovoltaicas para convertir fotones en electrones utilizables, había llegado a un 100%.
Este dato significa que cada fotón daba como resultado un electrón utilizable. Sin embargo, a través de esta prueba, la EQE alcanzó niveles de 110% y un 190% dentro de una amplia gama de ondas solares, incluyendo las de infrarrojo cercano y la del espectro de luz visible.
¿Cómo se lograron estos resultados tan convenientes para el próximo panel solar?
La investigación publicada en la revista Science Advances confirma que el prototipo formulado por el equipo científico logra una mayor absorción fotovoltaica del 80% para convertirla en electricidad dentro de un panel solar.
Adicionalmente, el récord alcanzado de EQE supera el límite teórico de eficiencia Shockley-Queisser destinado a medir los materiales basados en silicio. El gran salto en los niveles de eficiencia está dado por los estados de banda intermedios.
De esta manera, estos estados permiten capturar mayor cantidad de energía de los fotones que el panel solar convencional suele perder por reflexión o por producción de calor.
El nuevo material combina germanio (Ge), selenio (Se) y sulfuro de estaño (Sns) con átomos de cobre (Cu) cerovalente insertados entre las capas del material. Es un Van der Waals bidimensional (vdW) 2D que presenta una configuración plana cristalina unida por enlaces iónicos.
El material CuxGeSe/SnS se diseña en una lámina fina y apilados verticalmente para favorecer la captación de energía. Asimismo, el grosor de la capa activa puede aumentar obteniendo una actividad óptica superior y una mayor EQE en longitudes de onda desde los 600 a los 1.200 nm.
Futuro prometedor para el panel solar
Obtener un 63% de conversión eléctrica en un panel solar con nuevas tecnologías es un hito histórico para el sector de la energía renovable que puede modificar totalmente las perspectivas de eficiencia energética en el camino hacia la autosuficiencia total.
El equipo de investigadores resalta la importancia de continuar con el trabajo y aunar esfuerzos con la industria para mejorar el EQE. Mientras tanto, ya se están observando transformaciones a nivel de panel solar con formas más texturizadas que minimizan las pérdidas de energía por la reflexión.
Adicionalmente, ven con buen atino la producción de diseños multicapa con mayor capacidad de captación solar como el que introduce semiconductores o perovskita. Asimismo, optimizar la eficiencia cuántica interna de un panel solar para evitar pérdidas de energía por su cara frontal.
Uno de los integrantes del equipo, Chinedu Ekuma confirmó que este hallazgo es un paso trascendental para la optimización de las energías renovables y especialmente ofrece una tecnología nueva para que el panel solar convencional alcance mayor eficiencia en el camino hacia la independencia de los combustibles fósiles.
