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La innovación y los adelantos tecnológcios siguen dando sorpresas. Y cuando se piensa que se ha llegado al máximo de la eficiencia, de los bajos costes o de la optimización del funcionamiento de una célula fotovoltaica, viene una nueva investigación que lo desmonta.

Eso es lo que ha pasado con un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan, EEUU. Podrían haber dado un gran paso adelante para una nueva generación de células solares, que las han llamado “concentrator photovoltaics“, una nueva aleación semiconductora que puede capturar la luz infrarroja ubicada en los bordes del espectro de luz.

Y esto que suena más a ciencia-ficción, tiene una consecuencia muy entendible: es más fácil de fabricar y al menos un 25% menos costoso que las formulaciones anteriores. De hecho, se cree que es el material más rentable del mundo que puede capturar luz infrarroja y es compatible con los semiconductores de arseniuro de galio a menudo utilizados en los concentradores fotovoltaicos.

Los concentradores fotovoltaicos reúnen y enfocan la luz solar sobre células solares pequeñas y de alta eficiencia hechas de arseniuro de galio o semiconductores de germanio. Están en camino de alcanzar tasas de eficiencia de más del 50%, (las células solares convencionales de silicio de panel plano superan el 20%).

“El silicio de panel plano está básicamente optimizado en términos de eficiencia”, ha dicho Rachel Goldman, profesora de la Universidad de Michigan, cuyo laboratorio desarrolló la aleación. “El coste del silicio no va a bajar y la eficiencia no va a subir. Por lo que este concentrador fotovoltaico podría impulsar la próxima generación de paneles solares”.

Existen variedades de concentradores fotovoltaicos. Están hechos de tres aleaciones semiconductoras diferentes a la vez. Pulverizado sobre una oblea semiconductora en un proceso llamado epitaxia de haz molecular, un poco como pintura de aerosol con elementos individuales, cada capa tiene sólo unos pocos micrones de espesor. Las capas captan diferentes partes del espectro solar y la luz que atraviesa cada capa es capturada por la siguiente.

Sunyeol Jun, estudiante de doctorado de MSE, calibra el aparato de epitaxia de haz molecular en el edificio Gerstacker. Foto- Joseph Xu.
Sunyeol Jun, estudiante de doctorado de MSE, calibra el aparato de epitaxia de haz molecular en el edificio Gerstacker. Foto- Joseph Xu.

Pero la luz del infrarrojo se desliza a través de estas células. Durante años, los investigadores han estado trabajando hacia una posible “cuarta capa” de aleación que podría ser emparedada en las células para capturar esta luz. Pero es complicado, la aleación debe ser rentable, estable, durable y sensible a la luz infrarroja, con una estructura atómica que coincide con las otras tres capas en la célula solar.

Conseguir todas esas variables y que funcionen no es fácil, y hasta ahora, los investigadores han luchado con fórmulas prohibitivamente costosas para utilizar cinco elementos o más.

Por eso, para encontrar una mezcla más simple, el equipo de Goldman pensó en otro modelo para que se mantuvieran las pestañas y las capas funcionando en el proceso. Y descubrieron que había un tipo levemente diferente de la molécula del arsénico que se acoplaría más con eficacia que con el bismuto. Asi que consiguieron ajustar la cantidad de nitrógeno y bismuto en la mezcla, lo que les permitió eliminar un paso de fabricación adicional que las fórmulas anteriores requerían, además de utilizar la temperatura adecuada que permitía a los elementos mezclarse suavemente y pegarse al sustrato firmemente.

“Magia” no es una palabra que utilizamos a menudo como científicos”, ha concluido Goldman, “pero eso es lo que sentí cuando todo salió bien”.

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