Se van dando pasos para superar el límite de los paneles solares: un 190% de la eficiencia cuántica extrema.
La industria de las energías renovables sigue innovando con los paneles solares. El límite teórico actual de conversión en los paneles convencionales de silicio cristalino está algo por encima del 33%, pero con nuevas tecnologías que empujan la eficiencia cuántica, se puede llegar a una conversión de más del 60%.
En 1961, los físicos William Shockley y Hans Queisser establecieron un límite teórico de la energía lumínica que se podía convertir en electricidad. Con los años, el límite subió al 33,7%, donde se estableció como una especie de estándar y una barrera en la energía que se podría convertir en electricidad. Esto significa que de los 1.000 W/m² incidente, lo que se podrá convertir a electricidad serán 337 W/m².
Evidentemente, ha pasado mucho tiempo desde entonces y este límite se aplica únicamente a sistemas monocapa, pero con nuevos paneles y materiales, hemos visto que la barrera se ha empujado considerablemente. Un ejemplo son los paneles de perovskita, con el que se han logrado eficiencias de conversión del 33,9%. Y hace un par de años se logró un 47,6% de eficiencia al combinar una capa de fosfuro de galio e indio y arseniuro de galio/aluminio, junto con otra capa de fosfuro de arseniuro de galio e indio y arseniuro de galio e indio.
Una opción clave en el mundo de las renovables
La energía del panel solar se ha desplegado como una solución viable y sostenible ante la creciente demanda de energía a nivel mundial. Es así como los paneles solares ayudan en gran manera al convertir la luz del sol en electricidad, ofreciendo una fuente de energía renovable que ayuda a reducir la dependencia de los combustibles fósiles.
Ahora, un novedoso descubrimiento asegura que un nuevo material cuántico puede ofrecer más del 190% de eficiencia de la que otorgan los paneles solares actuales, algo que podría ser sorprendentemente beneficioso debido a las múltiples industrias en las que se podría implementar.
Los investigadores de la Universidad de Lehigh, Pensilvania han logrado desarrollar un material cuántico capaz de potenciar significativamente la eficiencia de paneles solares.
Esto puede cambiar la manera en la que se genera y se utiliza la energía fotovoltaica, pues gracias a su material es capaz de generar y recoger más de un electrón de fotones de energía, es decir, una eficiencia cuántica externa superior al 100%, algo que repercute de gran manera a la hora de recolectar y transformar a electricidad la energía obtenida.
En China ya están experimentando con soluciones que permitirían una eficiencia de algo más del 50%, pero esa barrera podría difuminarse más aún con las células solares que están investigando en la Universidad de Lehigh.
Eficiencia cuántica vs conversión
Aquí hay que distinguir entre la eficiencia a la hora de convertir energía lumínica en electricidad y la eficiencia cuántica extrema. Esto se refiere a la capacidad de las células fotovoltaicas para convertir fotones en electrones utilizables. Actualmente, esa eficiencia cuántica extrema (o EQE por sus siglas en inglés) es del 100%, lo que significa que cada fotón da como resultado un electrón utilizable.
La investigación de la Universidad de Lehigh lleva esto mucho más lejos. Intentando encontrar la tecnología para paneles de próxima generación, han creado un material cuántico que, integrado como una capa activa en un dispositivo de células solares, dio una absorción del 80% y una alta tasa de portadores fotoexcitados. La EQE fue de entre un 110% y un 190% en una amplia gama de ondas solares, incluyendo las de infrarrojo cercano y la del espectro de luz visible. Aprovechar todas las franjas posibles es otro de los objetivos para mejorar la eficiencia de conversión.
Junto a este hallazgo, el equipo observó que, ajustando el grosor de esa capa activa, se consigue una actividad óptica superior y una mayor EQE en longitudes de onda desde los 600 a los 1.200 nm. El resultado teórico es una eficiencia de conversión a electricidad de hasta el 63%. Y ese es el resultado realmente impresionante, ya que es el que permitiría que los paneles solares sean más eficientes en el proceso de la producción de electricidad.
El equipo reconoce que hay trabajo por delante, pero que en la industria ya hay varias formas bien establecidas para mejorar la EQE y la eficiencia de los paneles. Es algo que se está consiguiendo gracias al uso de superficies texturizadas que minimizan las pérdidas por la reflexión, los diseños multicapa para captar un espectro más amplio de la luz solar o los materiales avanzados como nuevos semiconductores o las mencionadas perovskitas. También están poniendo el foco en la eficiencia cuántica interna, que es la que se rige por las pérdidas ópticas debido a la reflexión de la luz en la parte frontal de las células solares.
Rendimiento energético del panel solar
Según los detalles que se publicaron en la revista Science Advances, Chinedu Ekuma el físico de la Universidad de Lehigh y coautor del estudio aseguró que este trabajo representaría un salto realmente importante en el desarrollo de soluciones energéticas sostenibles, con enfoques que podrían marcar la diferencia en eficiencia y efectividad de la energía en cuestión.
De acuerdo al prototipo de este proyecto, el nuevo material que ocupa el espacio de la capa activa de una célula solar es capaz de lograr una absorción de luz solar media del 80%, sin contar la gran capacidad que tiene de convertir a luz solar en electricidad, pues estaríamos hablando de un 190% más de lo que generan los paneles solares tradicionales de silicio.
Esto demuestra que los paneles solares brindan una tecnología que resulta esencial en esta transición hacia un futuro más sostenible y eficiente energéticamente. Es por eso que innovaciones como los paneles solares transparentes, amplían las posibilidades de agregar la energía solar en nuestra vida cotidiana, mejorando tanto la eficiencia energética como la calidad de vida de muchos.
Cada vez es más asequible para el usuario comprar paneles solares de cara al autoconsumo y colocarlos en el tejado o, incluso, en el balcón. De hecho, el precio ha caído tanto que hay quien opta por comprar paneles y colocarlos como vallas de jardín antes que las tradicionales de madera.
