Estos experimentos acaban de pulverizar el límite de eficiencia de las tecnologías fotovoltaicas actuales

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3 Julio 2019

Javier Jiménez

Independientemente de cuál sea la eficiencia real, siempre ha existido un límite absoluto en la eficiencia general: un punto que era, teóricamente, imposible de superar. En las células de silicio convencionales ese tope de eficiencia máxima teórica era de un 29,1% de conversión. Pues bien, lo acabamos de pulverizar.

Y es que, entre otras cosas, ese límite teórico se basa en el hecho de que un fotón solo puede liberar un electrón. Sin embargo, tras casi una década de trabajos un grupo de investigadores del MIT y de la Universidad de Princeton acaban de poner sobre la mesa un método para hacer que los fotones expulsen dos electrones al golpear el silicio. Eso catapultaría la eficiencia teórica de las células de una forma que no creíamos posible.

Una vieja idea que solo ahora podemos llevar a la práctica

En realidad, la idea básica tras este desarrollo no es nada nuevo. Se conoce desde la década de 1970, pero ponerla en práctica a nivel técnico ha resultado ser un infierno. De hecho, este mismo equipo de investigación demostró que la producción de dos electrones a partir de cada fotón era posible hace casi seis años. Pero lo hizo en una célula fotovoltaica orgánica, un tipo de células que tradicionalmente son mucho menos eficientes que las de silicio. Ahí es donde estaba el corazón de la alcachofa.

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Veréis, la clave para dividir la energía de un fotón en dos electrones reside en una clase de materiales que poseen "estados excitados", son los llamados "excitones". Gracias a estos materiales, la energía de la luz se divide en dos paquetes separados que se mueven independientemente.

La compleja tarea de excitar al silicio

El problema es que no habíamos conseguido acoplar esa energía a la célula de silicio. El silicio no se excita y por eso los científicos han fracasado, una y otra vez, a la hora de transferir los dos electrones de una capa de recolección con propiedades "excitónicas" a la celda de silicio. Esto es lo que se acaba de lograr.

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Y lo han hecho dándose cuenta de que la clave es que estas transferencias de energía necesitaban un mediador. "Resulta que una pequeña y diminuta tira de material [oxinitruro de hafnio, en este caso] entre los dos sistemas [la célula solar de silicio y la capa de tetraceno con sus propiedades excitónicas] era todo lo que necesitábamos. Es por eso que otros investigadores no pudieron hacer que este proceso funcionara. Y por lo que finalmente lo hicimos nosotros", explicaba Markus Einzinger, uno de los investigadores.

El trabajo es muy excitante y nunca mejor dicho. Pero no significa que vaya a cambiar nada a corto plazo. Lo cierto es que las células de silicio actuales aún no han llegado, ni de lejos, al máximo de su potencial, aún es pronto para empezar a preocuparnos por ello. Pero da una alegría tremenda ver como los problemas se solucionan antes incluso de que nos acerquemos a ellos.