Actualizado: 06/07/2022
Prueban un método para la extracción de dos electrones de cada fotón incidente. La investigación fotovoltaica pretende desplazar el límite teórico de las células solares de silicio al 35%.
Para cada material fotovoltaico existe un valor teórico de eficiencia máxima, es decir, un límite a la cantidad de energía solar que se puede convertir en electricidad.
Para las células solares de silicio este valor equivale al 29,1% de la luz incidente pero, al ser el producto más extendido en el mercado, la industria lleva años intentando estrategias técnicas para aumentar este porcentaje.
Una de ellas se refiere a la relación fotón-electrón. En los semiconductores de las células tradicionales, cada fotón incidente da toda su energía a un electrón, que así se libera de los enlaces químicos y comienza a moverse dentro del material. Una relación uno a uno que permanece inalterada incluso si ese fotón ha transportado el doble de la energía necesaria para liberar un electrón.
Se estudia un método para obtener la extracción de dos electrones por fotón (en lugar de uno), abriendo así la puerta a las células solares capaces de superar sus límites teóricos de eficiencia.
Después de años de compromiso, el MIT está convencido de que ha encontrado el camino correcto. En el artículo publicado en estos días en Nature, un grupo de científicos del MIT junto con colegas de la Universidad de Princeton explican cómo lograron esta mejora en las células solares de silicio.
La solución se encuentra en una clase de materiales, bien conocidos, que tienen «estados excitados» llamados excitones. Es, explican los científicos, «paquetes de energía que se propagan como electrones en un circuito» pero con propiedades muy diferentes a las de los electrones. «Puedes usarlos para cambiar la energía, puedes cortarlos por la mitad, puedes combinarlos.»
El trabajo del grupo ha sido integrar esta capacidad en el silicio, un material que no posee excitones. El punto de inflexión vino de la conexión del silicio con un cristal orgánico, el tetraceno, a través de una fina capa intermedia de oxinitruro de hafnio. El tetraceno es un material capaz de operar este tipo de energía multiplicándose: expuesto a la luz absorbe primero un fotón, formando un excitón que sufre una rápida fisión en dos estados excitados (fenómeno físico conocido como fisión única o fisión única), cada uno con la mitad de la energía del estado original.
La capa de oxinitruro de hafnio actuó como puente para estados excitados hasta el silicio. El mecanismo produce una duplicación de la cantidad de energía y los científicos están convencidos de que de esta manera el límite teórico se puede desplazar hasta un máximo del 35%.
Más información: www.nature.com
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