Investigadores de las universidades de Yale, Illinois y Rey Juan Carlos de Madrid (URJC) han diseñado una serie de dispositivos que permiten duplicar la eficiencia de conversión de la luz solar en electricidad de las células solares fotovoltaicas de fosfuro de indio-galio-aluminio (AlGaInP), un material semiconductor cuaternario.
Esta mejora en la eficiencia, que ha sido recogida en un estudio internacional publicado en la revista científica Applied Physics Letters, será "clave para el futuro desarrollo y despliegue de la energía solar fotovoltaica de concentración y para aplicaciones espaciales", según ha destacado la URJC en una nota.
Una de las maneras de mejorar la eficiencia de conversión de una célula solar fotovoltaica -la eficiencia con la que convierte la luz solar en electricidad-, consiste en apilar, en una misma estructura, varias células solares de diferentes materiales semiconductores, creando lo que se conoce como célula solar multiunión o tándem.
Mediante esta técnica ya se han alcanzado eficiencias de conversión fotovoltaica superiores al 40 % utilizando células de tres y cuatro uniones semiconductoras, pero para alcanzar eficiencias superiores al 50 % era necesario incorporar más subcélulas, diseñando y fabricando dispositivos formados por cinco o seis uniones.
En estos nuevos diseños, los investigadores de Yale, Illinois y URJC se enfrentaban al reto de conseguir "el conjunto de semiconductores más adecuado para fabricar dichos dispositivos", para lograr así "duplicar la eficiencia de conversión de la luz solar en electricidad en la subcélula superior".
En el artículo 'Células solares de AlGaInP de alta eficiencia crecidas mediante epitaxia de haces moleculares (MBE)', los investigadores, en su búsqueda de ese conjunto de semiconductores más adecuado, han trabajado con fosfuro de indio-galio-aluminio (AlGaInP), que ofrece "múltiples posibilidades".
"El AlGaInP es un material semiconductor cuaternario muy interesante, ya que puede crecer ajustado en red sobre arseniuro de galio (GaAs), minimizando los defectos cristalinos de la estructura y aumentando la eficiencia de los dispositivos", ha explicado el investigador de Tecnología Electrónica de la URJC, Diego Martín.
Martín añade que la epitaxia por haces moleculares (MBE) es "una tecnología de crecimiento de materiales avanzados -semiconductores compuestos, superconductores-, utilizada para fabricar dispositivos electrónicos y optoelectrónicos como láseres, células solares o circuitos integrados para altas frecuencias".
Mediante la combinación de diferentes estrategias descritas en el artículo se ha conseguido, entre otros logros, aumentar la corriente fotogenerada por las células hasta en un 80% y fabricar células de AlGaInP por MBE con eficiencias cercanas al 11%, el doble de lo conseguido y publicado hasta la fecha.
Esta optimización es "un paso fundamental" previo a la integración de estos dispositivos de AlGaInP en células solares multiunión de cinco o seis uniones para superar la barrera del 50% de eficiencia de conversión fotovoltaica, lo que es esencial para el futuro desarrollo y despliegue de la energía solar fotovoltaica de concentración o para aplicaciones espaciales.
El trabajo, que forma parte del proyecto de investigación de la Universidad de Yale 'Dual-Junction Solar Cells for High-Efficiency at Elevated Temperature', ha sido financiado por Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados-Energía (ARPA-E), órgano dependiente del Gobierno de EEUU.
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