¿Podrían las células solares “portadoras de calor” superar el límite de eficiencia?

De pv magazine USA

Unas células solares de mejor rendimiento son una vía clave para acelerar la revolución de la energía limpia activa. La mayoría de los paneles solares actuales están basados en el silicio y tienen una sola unión. El límite superior teórico de la eficiencia de absorción de energía de las células solares de silicio, denominado límite Shockley-Queisser, es de aproximadamente el 33,7%.

Actualmente, Fraunhofer ostenta el récord de células solares comerciales de silicio de una sola unión, con un 26% aproximadamente, por lo que hay mucho margen de mejora para alcanzar el límite. Pero los investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Oklahoma pueden haber descubierto una forma de superar el límite teórico aprovechando el exceso de calor.

Hasta el 50% de la energía absorbida por una célula solar se pierde en forma de calor. Este exceso de energía se debe a que las partículas cargadas del proceso fotovoltaico absorben más energía de la necesaria para excitar un electrón y enviarlo en forma de electricidad. Los equipos están desarrollando vías para construir las llamadas células solares de portador caliente (HCSC) para combatir estas pérdidas de energía térmica y mejorar la eficiencia.

Las HCSC fueron concebidas hace décadas por R.T. Ross y A.J. Nozik. Los dos investigadores teorizaron que las partículas que transportaban el exceso de calor, o portadores calientes, podían aislarse y almacenarse en una estructura reticular que capturara la energía. Los experimentos demostraron que esto era posible, pero aún no se ha construido una célula HCSC funcional.

Una nueva investigación publicada en el Journal of Photonics for Energy describe las numerosas condiciones que deben cumplirse para llevar el HCSC de la teoría a la práctica. La práctica consiste en crear “valles satélite” en la estructura de banda de los semiconductores, donde los portadores calientes pueden almacenarse temporalmente sin pérdida de energía. El valle satélite transforma la energía cinética de las partículas de calor sobrantes en energía potencial, con lo que la partícula pasa de ser una pérdida a una almacenada.

Los investigadores lograron demostrar con éxito el almacenamiento de calor mediante el efecto de valle satélite utilizando una estructura de indio-galio-arseniuro y aluminio (InGaAs/InAlAs).

Los investigadores señalaron que el concepto no es una solución completa, y que la recolección eficiente de la energía potencial almacenada como electricidad requiere más pruebas. Pero la demostración del almacenamiento de este exceso de energía abre las puertas a una tecnología que podría superar por fin el límite de Shockley-Quiesser.

Por otra parte, nuevas tecnologías como la N-TOPCon y las células de heterojunción (HJT) están trabajando para hacer avanzar la aguja de la eficiencia fotovoltaica.