Llegan al 50% de rendimiento en células solares convencionales

Demuestran en estudios experimentales que es posible construir una célula solar de silicio que alcance una eficiencia del 50 % con un coste reducido. Se trata de un refinamiento de la tecnología actual pero que debido a su bajo coste ya ha levantado expectación en la industria del sector. Lo bueno de este anuncio es que prometen comercializar células con este rendimiento en unos 3 años.

Los científicos se encuentran encerrados en sus laboratorios a la búsqueda de la más alta eficiencia de conversión energética que puedan conseguir. Ya existen investigaciones sobre materiales exóticos que prometen casi un 100 % de rendimiento pero dichos experimentos se encuentran aún demasiado lejos de nuestro campo de acción y puede que ni siquiera lleguemos a verlos. Esta noticia nos asienta en el presente y nos explica cómo se ha llegado al desarrollo avanzado de una tecnología que parece estar agotada. Esta es la realidad de los rendimientos de las células solares actuales. Hasta hace unos años el récord mundial en células de doble unión la tenía el Instituto Fraunhofer de Friburgo con un 31.1 % de eficiencia. Luego se lo arrebató el Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid que alcanzaron la cifra máxima de 32.6 % y finalmente la célula de triple unión del NREL (USA) consiguió la impresionante marca del 40.8 %. Los científicos del MIT han extendido este récord hasta casi el 50 % de eficiencia. Récord aparte, existen varios frentes abiertos, donde se investiga con nanotecnología, polímeros y con tintes especiales. Y se mantienen dos líneas abiertas que definen las filosofías básicas operativas: por una lado se buscan células de alta eficiencia aunque tengan un alto coste  y por otro, células muy baratas pero que poseen las desventaja de ser poco eficientes. Lo ideal sería conseguir lo mejor de ambos mundos, esto es, una célula barata y de alto rendimiento pero ¿es esto posible?.

El MIT lleva trabajando en la predicción de modelos teóricos simulados por ordenador y recientemente han predicho que optimizando la absorción de la luz, se podría llegar a alcanzar el 50 % de eficiencia energética en una célula solar de silicio. La idea es aplicar una capa antirreflectante sobre la superficie frontal de una célula de silicio delgada convencional que facilite la entrada de luz y un sistema multicapa y una red de difracción en la cara posterior que refleje la luz que no se haya absorbido.
La idea ya la aplican algunos animales nocturnos que consiguen reflejar parte de la luz que pasa a través de la retina para que vuelva a pasar de nuevo. En este caso la capa depositada en la cara posterior de la célula refleja la luz y ésta recorre un camino mayor que le permita tener mayores probabilidades de ser absorbida y por tanto de ser convertida en electricidad. Es crítico que la luz que entre en el sistema recorra el máximo camino posible dentro del silicio y que no que sea absorbida o reflejada fuera de él. La clave es cuánto puede recorrer un fotón dentro del silicio semiconductor antes de que se dé una alta probabilidad de ser absorbido y la energía que porta convertida en electricidad.

El equipo de investigadores corrió miles de simulaciones en las que probaba variaciones en el espaciado de las líneas de la red de difracción, en el grosor de la lámina de silicio y en el número y grosor de las capas reflectantes depositadas en la cara posterior. La idea era encontrar los valores adecuados a estos parámetros para así optimizar le rendimiento. Encontraron una configuración para un grosor de 2 micras que ofrecía un rendimiento del 50%.

Pero lo bueno de esta investigación es que los chicos del MIT han validado estos resultados mediante experimentación real, es decir, que se pueden fabricar células baratas con este refinamiento de la técnica, que alcancen un máximo del 50 % de rendimiento. El grupo informará de estos resultados en el congreso anual de la Materials Research Society que se celebra en Boston a partir desde el día 2 de diciembre y el artículo con los resultados ha sido ya aceptado para su publicación en Applied PhysicsLetters. Este trabajo es solo el primer paso hacia la producción de células solares mejoradas, necesitándose más trabajos de ajuste por hacer, tanto en las simulaciones como en los experimentos. Además hay que desarrollar el proceso de manufactura. Estos científicos esperan que en 3 años sea posible una versión comercial.

Si bien ya existen células multicapa con unos récord reales del 42 % de eficiencia, son materiales muy caros y solamente utilizables para sistemas con concentradores(espejos y lentes). Las células de silicio son más baratas y tienen peores rendimientos. Por orden de rendimiento y precio creciente las células de silicio pueden ser de silicio amorfo, policristalino y monocristalino. El substrato de silicio monocristalino de alta calidad usado en las células fotovoltaicas convencionales representa una alta proporción del coste final de la célula.

Cuanto más fino sea éste más económica será la célula solar que se obtenga. En esta versión de película delgada del MIT se usa sólo un 1% de silicio del habitual. Y aquí es donde radica lo interesante de esta noticia. Estamos ante el diseño de una célula muy barata y con un nivel de eficiencia energética realmente aprovechable. Muy lejos quedan los supermateriales de casi el 100 % de eficiencia, más propios de esperanzas y sueños futuros que de un presente pragmático y realista. Y a día de hoy, esto es lo que se ha conseguido: eficiencias del 50 % pero con una distancia comercial de entre 3 y 5 años, porque si decidimos buscar ahora una placa solar  para montar en nuestro tejado, nos encontraremos eficiencias del orden del 20 % como mucho. De todos modos, la tecnología convencional aún puede darnos muchas sorpresas y, sobre todo, proporcionar una base sólida sobre la que plantar las esperanzas de disponer una energía limpia, barata y renovable. A ver si se dan prisa los del MIT y lo sacan pronto, porque la industria ya ha mostrado su interés y están dispuestos a entrar con lo que haga falta.