Los científicos están cerca de dar un poderoso impulso a la próxima generación de células solares mediante la integración de un proceso que puede hacer que la tecnología sea más eficiente al romper las partículas de luz (fotones) en pedazos más pequeños.
En un estudio publicado hoy Química de la naturalezalos investigadores desentrañan la comprensión científica de lo que sucede cuando las partículas de luz se dividen (un proceso llamado fisión singlete) y sus funciones fundamentales.
El investigador principal, el profesor Tim Schmidt de la Facultad de Química de la UNSW Sydney, ha estudiado la moda única durante más de una década. Dicen que el proceso podría ser pionero y aplicarse para mejorar las tecnologías existentes de células solares de silicio.
“Las células solares actuales funcionan absorbiendo fotones que son absorbidos por los electrodos para que funcionen”, afirma el profesor Schmidt.
“Pero como parte de ese proceso, gran parte de esa luz se pierde en forma de calor. Por eso los paneles solares no funcionan con plena eficiencia”.
Casi todos los paneles solares fotovoltaicos que existen actualmente en el mercado están fabricados de silicio. El profesor Ned Akins-Docks, coautor de la Escuela de Ingeniería Fotovoltaica y Energías Renovables de la UNSW, dice que aunque la tecnología ahora es asequible, todavía está cerca de sus límites fundamentales en términos de eficiencia.
“La eficiencia de un panel solar representa la fracción de la energía proporcionada por el sol que se puede convertir en electricidad”, afirma el profesor Ekins-Daukes.
“La eficiencia más alta la estableció a principios de este año nuestro socio industrial Lungi. Demostraron una célula solar de silicio con una eficiencia del 27,3 por ciento”, afirma.
“El límite absoluto es el 29,4 por ciento”.
El profesor Schmidt dice que los científicos todavía estaban intentando comprender cómo funciona el proceso molecular de la fisión singlete. Específicamente, ¿cómo uno se convierte en dos? Dicen que el proceso es complejo y detallado.
“Nuestro estudio aborda esta vía de proceso. Y utilizamos campos magnéticos para investigar.
“Los campos magnéticos manipulan las longitudes de onda de la luz emitida para mostrar cómo ocurre el modo singleton.
“Y no se había hecho antes”.
Trabajando inteligentemente, no demasiado duro.
Los diferentes colores de luz contienen fotones con diferentes energías. No importa cuál sea la energía luminosa entrante: siempre entregará la misma energía a la célula y cualquier exceso de energía se convertirá en calor, dice el profesor Schmidt.
“Así, si se absorbe un fotón rojo, se produce un poco de calor”, afirma el profesor Schmidt.
“Con los fotones azules hay mucho calor.
“La eficiencia de las células solares tiene un límite”.
Se necesitaba un cambio de paradigma para permitir que las células de silicio alcanzaran una mayor capacidad, afirma.
“La introducción del modo singlete en un panel solar de silicio aumentará su eficiencia”, afirma el profesor Eakins-Daux.
“Esto permite que una capa molecular proporcione corriente adicional al panel”.
Este proceso divide el fotón en dos trozos de energía más pequeños. Luego se pueden utilizar individualmente. Esto garantiza que se utilice la parte de alta energía del espectro, y que no se desperdicie en forma de calor.
Invertir en el futuro
El año pasado, la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA) seleccionó el proyecto Single Fission de la UNSW para su programa solar de costo ultrabajo. El programa tiene como objetivo desarrollar tecnologías capaces de lograr más del 30 por ciento de eficiencia a un costo de menos de 30 centavos por vatio para 2030.
El equipo utilizó un láser de longitud de onda única para excitar el material monomodo. Luego utilizaron un electroimán para aplicar campos magnéticos, lo que ralentizó el proceso de fisión simple, haciéndolo más fácil de observar.
“Con este sólido conocimiento científico de la moda singlete, ahora podemos crear un prototipo de una célula solar de silicio mejorada y luego trabajar con nuestros socios industriales para comercializar la tecnología”, afirma el profesor Eakins-Daux.
“Creemos que podemos conseguir células solares de silicio con eficiencias superiores al 30 por ciento”, afirma el profesor Schmidt.
