Doblar la eficiencia de los paneles solares, más cerca gracias a investigadores de la Universidad Complutense de Madrid

La búsqueda de una mayor eficiencia en las células solares ha sido una constante en la última década, y hasta ahora, materiales como la perovskita o las configuraciones en tándem con silicio han marcado los avances en la industria solar.

Sin embargo, un equipo de científicos de la Universidad Complutense de Madrid ha dado un paso más allá al superar los límites tradicionales de conversión energética.

Utilizando titanio y fosfuro de galio, estos investigadores han logrado avances teóricos y experimentales que sitúan la eficiencia potencial de sus células solares en un sorprendente 60 %, más del doble de lo que ofrecen las células de silicio convencionales.

Si estos avances se materializan a escala industrial, el desarrollo de esta tecnología podría cambiar radicalmente la generación de energía solar

Un trabajo de 15 años para lograr una célula de banda intermedia

Tras más de una década de trabajo, el equipo de investigación ha creado una célula solar con una estructura de banda intermedia (IB, por sus siglas en inglés), un diseño que permite captar un rango más amplio de la luz solar.

Para ello, han utilizado fosfuro de galio (GaP) y pequeñas cantidades de titanio (Ti), dos materiales cuya combinación promete revolucionar el sector solar.

Esta célula de banda intermedia podría ser la clave para alcanzar eficiencias de hasta un 60 %, una cifra teórica que representa el límite superior para esta tecnología y que ningún otro material ha logrado hasta la fecha.

El límite Schockley-Queisser y cómo estos científicos lo han superado

El límite Schockley-Queisser (SQ) establece la eficiencia teórica máxima de una célula solar de silicio tradicional en aproximadamente el 30 %. Este valor, aceptado durante años como un tope para las células solares convencionales, refleja la capacidad limitada de conversión de luz solar en electricidad debido a la estructura monocapa de los dispositivos de silicio.

Superar este límite requería un enfoque innovador, y el equipo de la Complutense lo ha encontrado en las propiedades del fosfuro de galio (GaP).

Al utilizar capas ultradelgadas de GaP de apenas 50 nanómetros y enriquecidas con titanio, han conseguido una mayor absorción de la luz solar en longitudes de onda específicas, una característica esencial para romper el límite SQ y alcanzar la teórica eficiencia del 60 %.

¿Cómo lo lograron?

Para desarrollar esta célula solar innovadora, los científicos crearon un dispositivo experimental de un centímetro cuadrado, lo suficientemente pequeño para pruebas, pero lo bastante avanzado para demostrar su viabilidad.

La estructura de la célula incluye una capa fina de fosfuro de galio, otra de GaP y contactos metálicos de oro y germanio, que optimizan el flujo de electricidad generada.

Para medir su rendimiento, el equipo aplicó diversas técnicas de análisis como la elipsometría espectroscópica, una herramienta que les permitió examinar la absorción de luz en diferentes longitudes de onda.

Según los resultados, la nueva célula es especialmente eficaz para captar la luz en la banda de los 550 nanómetros o menos, un rango de frecuencias clave en la generación de energía.

¿Qué ocurre con la perovskita?

La perovskita ha sido la gran protagonista de los últimos avances en células solares debido a su bajo coste y facilidad de fabricación.

Recientemente, algunas configuraciones de perovskita han alcanzado eficiencias del 40 %, especialmente en combinación con el silicio en estructuras en tándem y en aplicaciones de interior.

Sin embargo, este material plantea problemas de durabilidad y resistencia a condiciones ambientales adversas, lo que limita su uso comercial a largo plazo.

La innovación de los investigadores españoles, en cambio, ofrece una nueva alternativa con mayor potencial de eficiencia y, posiblemente, más robustez frente a factores ambientales.

El camino hacia el mercado

A pesar de los impresionantes resultados de laboratorio, los científicos de la Complutense son conscientes de que aún queda un largo recorrido antes de que estas células de banda intermedia lleguen al mercado.

Su siguiente paso es mejorar la absorción lumínica añadiendo capas adicionales de fosfuro de galio, con el objetivo de aumentar la eficiencia aún más y garantizar una producción estable de energía.

Si estos avances se materializan a escala industrial, el desarrollo de esta tecnología podría cambiar radicalmente la generación de energía solar, abriendo la puerta a un futuro donde los paneles solares sean mucho más eficientes y asequibles.

La apuesta por una eficiencia del 60 % nos demuestra que el futuro de la energía solar no está limitado por los materiales tradicionales, y que, con investigación e innovación, es posible imaginar una nueva era en la que la energía limpia y sostenible esté al alcance de todos.

Fuente: Science DirectFotos: Freepik