MIT y Masdar Institute desarrollan una célula solar de bajo coste y una eficiencia del 35%

El costo de la energía solar comienza a alcanzar la paridad de red en muchas partes del mundo, sin embargo, esta fuente de energía limpia apenas representa hoy poco más del 1% del mix eléctrico mundial. Las células fotovoltaicas que convierten la luz solar en energía eléctrica, tienen un importante papel que desempeñar en el fomento de la generación de energía solar a nivel mundial, pero hasta ahora  los investigadores se han enfrentado a las limitaciones que venía imponiendo el binomio coste-eficiencia.

Pero las cosas podrían cambiar muy pronto. Un equipo de investigadores del MIT y el Instituto Masdar de Ciencia y Tecnología ha desarrollado una nueva célula solar que combina dos capas diferentes de material que absorbe la luz del sol para cosechar una gama más amplia de la energía solar. Los investigadores llaman el dispositivo de una "célula peldaño", porque las dos capas están dispuestas de una manera escalonada, con la capa inferior que sobresale por debajo de la capa superior, a fin de exponer las dos capas a la luz solar entrante. Tales células solares en capas suelen ser caras de fabricar, pero los investigadores han utilizado  un novedoso proceso de fabricación de bajo coste para su ‘célula peldaño’.

Este concpeto puede alcanzar eficiencias teóricas por encima del 40% y una estimación de eficiencias prácticas del 35%, suficientes para que los investigadores principales del equipo -Ammar Nayfeh, profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del Masdar Institute, y Eugene Fitzgerald, profesor de Ciencia de los Materiales e Ingeniería del MIT - planifiquen una 'start-up' para la comercialización de la prometedora célula solar. Fitzgerald, que ha puesto en marcha varias nuevas empresas, incluyendo AmberWave Systems Corporation, Paradigm Research y 4Power, cree que las células peldaño podrían estar listas para el mercado fotovoltaico en uno o dos años.

Más allá del silicio

Las células solares de silicio cristalino tradicionales, que han sido promocionadas como estándar de la industria en términos de eficiencia durante más de una década, son relativamente baratas de fabricar, pero no son muy eficientes en convertir la luz solar en electricidad. En promedio, los paneles solares hechos de células solares basadas en silicio convierten entre el 15 y el 20% de la energía del sol en electricidad utilizable.

La eficiencia energética del silicio para convertir la luz solar en eléctrica es parcial debido a una propiedad conocida como agujero de banda, que evita que el semiconductor convierta eficientemente los fotones de mayor energía, -como los emitidos por las ondas de luz azul, verde y amarilla-, en energía eléctrica. En su lugar, sólo los fotones de baja energía, como los emitidos por la luz roja a lo largo de las ondas, se convierten en electricidad de manera eficiente.

Para aprovechar más los fotones de alta energía del sol, los científicos han explorado diferentes materiales semiconductores, como el arseniuro de galio y el fosfuro de galio. Si bien estos semiconductores han llegado a eficiencias más altas que el silicio, las células de más alta eficiencia solar se han hecho por capas de diferentes materiales semiconductores ajustadas de modo que cada una puede absorber una porción diferente del espectro electromagnético.

Estas células solares en capas pueden alcanzar eficiencias teóricas por encima del 50%, pero sus costes de fabricación son muy altos y han relegado su uso para aplicaciones específicas, tales como los satélites, donde los altos costos son menos importantes que los de bajo peso y alta eficiencia.

La ‘célula peldaño’ desarrollada por el Masdar Institute y el MIT, por el contrario, se puede fabricar a un coste mucho más bajo debido a que un componente clave se fabrica sobre un sustrato que puede ser reutilizado. El dispositivo puede por lo tanto ayudar a impulsar las aplicaciones comerciales de alta eficiencia a nivel industrial.