Los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) han fabricado una célula solar con una eficiencia de casi el 50%.
La celda solar de seis uniones ahora tiene el récord mundial de la mayor eficiencia de conversión solar con 47.1%, que se midió bajo iluminación concentrada. Una variación de la misma celda también estableció el récord de eficiencia bajo iluminación de un sol en 39.2%.
“Este dispositivo realmente demuestra el extraordinario potencial de las células solares multifuncionales”, dijo John Geisz, científico principal en el Grupo de Fotovoltaica Cristalina de Alta Eficiencia en NREL y autor principal del artículo de la celda solar récord.
El artículo, “Células solares III-V de seis uniones con una eficiencia de conversión del 47,1% bajo una concentración de 143 soles”, aparece en la revista Nature Energy. Los coautores de Geisz son los científicos de NREL Ryan France, Kevin Schulte, Myles Steiner, Andrew Norman, Harvey Guthrey, Matthew Young, Tao Song y Thomas Moriarty.
Para construir el dispositivo, los investigadores de NREL se basaron en materiales III-V, llamados así por su posición en la tabla periódica, que tienen una amplia gama de propiedades de absorción de luz. Cada una de las seis uniones de la célula (las capas fotoactivas) está especialmente diseñada para capturar la luz de una parte específica del espectro solar.
El dispositivo contiene aproximadamente 140 capas totales de varios materiales III-V para respaldar el rendimiento de estas uniones, y sin embargo es tres veces más estrecho que un cabello humano. Debido a su naturaleza altamente eficiente y al costo asociado con su fabricación, las células solares III-V se utilizan con mayor frecuencia para alimentar satélites, lo que premia el rendimiento inigualable de III-V.
Figura 1. Los científicos John Geisz (izquierda) y Ryan France fabricaron una célula solar que es casi un 50% eficiente. Foto de Dennis Schroeder, NREL
Sin embargo, en la Tierra, la célula solar de seis uniones es adecuada para su uso en concentradores fotovoltaicos, dijo Ryan France, coautor y científico del Grupo de Multijunciones III-V en NREL.
“Una forma de reducir el costo es minimizar el área requerida”, dijo, “y puede hacerlo utilizando un espejo para capturar la luz y enfocar la luz hacia un punto. Entonces puede escapar con una centésima o incluso una milésima parte del material, en comparación con una celda de silicio de placa plana. Utiliza mucho menos material semiconductor al concentrar la luz. Una ventaja adicional es que la eficiencia aumenta a medida que concentra la luz“.
El investigador Ryan France describió el potencial de que la celda solar superen el 50% de eficiencia como “realmente es muy alcanzable”, pero ese 100% de eficiencia no se puede alcanzar debido a los límites fundamentales impuestos por la termodinámica.
Geisz dijo que actualmente el principal obstáculo de investigación para alcanzar el 50% de eficiencia es reducir las barreras resistivas dentro de la celda que impiden el flujo de corriente. Mientras tanto, señala que NREL también está muy comprometido en reducir el costo de las células solares III-V, permitiendo nuevos mercados para estos dispositivos altamente eficientes. La Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de los Estados Unidos financió la investigación.
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