Recientemente, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de los Estados Unidos ha desarrollado las células solares más eficientes del mundo, con una eficiencia de conversión de energía máxima del 47,1 %. Aunque estos récords de eficiencia a menudo se rompen, la celda solar con una eficiencia de conversión del 47,1 % puede considerarse en la actualidad como la celda solar más eficiente del mundo. Los últimos resultados de la investigación se publicaron en Nature Energy el 13 de abril.

Las celdas solares continúan avanzando en el camino hacia la mejora de su eficiencia de conversión, y la combinación correcta de materiales puede mejorar la capacidad de las celdas solares para convertir la luz solar en electricidad. John Geisz, científico principal del equipo de células fotovoltaicas de cristal de alta eficiencia del NREL, dijo: "Este nuevo dispositivo demuestra el enorme potencial de las células solares de unión múltiple".

Las células solares de unión múltiple son un tipo de células solares de alta eficiencia. Cada celda tiene múltiples películas delgadas hechas por epitaxia de haz molecular o deposición de vapor químico de metal orgánico, y estos diferentes semiconductores con diferentes bandas prohibidas características pueden absorber energía de frecuencias específicas de ondas electromagnéticas en el espectro.

Hasta ahora, la investigación ha demostrado que el silicio es el estándar de oro para la eficiencia de las células solares, y la eficiencia de las células solares de unión única que usan solo silicio actualmente tiene la eficiencia más alta del 33%. La limitación de eficiencia del 33% se puede superar cambiando los materiales, agregando más puntos nodales e implementando una serie de tecnologías de ingeniería entre los dos nodos. Por ejemplo, la eficiencia de conversión de algunas celdas solares de tres uniones puede exceder el 45 % bajo la concentración de luz solar.

La celda solar recientemente desarrollada por NREL es una estructura de seis uniones de tipo III-V, donde "III-V" se refiere a la posición del elemento de absorción de luz en la tabla periódica, y los materiales III-V tienen una amplia gama de absorción de luz. características. Cada uno de los seis puntos de conexión de la celda se ha diseñado específicamente y se componen de seis tipos diferentes de capas fotoactivas que pueden capturar la luz de partes específicas del espectro solar.

A través de la ingeniería moderna y la nanotecnología, el dispositivo contiene aproximadamente 140 capas de diferentes capas de material III-V en total para respaldar el rendimiento de estos puntos de conexión, pero su ancho es solo un tercio de un cabello humano.

Para explorar el rendimiento de esta célula solar de seis uniones de tipo III-V, los científicos de NERL la probaron con luz concentrada, que era 143 veces mayor que la intensidad de la luz solar natural. Los resultados de las pruebas mostraron que su nueva celda solar tenía una eficiencia de conversión sin precedentes del 47,1 % bajo luz concentrada.

Aunque la prueba se realizó bajo luz concentrada, que corresponde a una eficiencia más baja que la que realmente se puede lograr en el uso práctico, el equipo dijo que se puede construir un dispositivo que enfoca la luz solar en la celda usando reflectores. El equipo también probó este nuevo tipo de celda con una exposición normal a la luz solar y su eficiencia de conversión aún alcanzó el 39,2 %. Si bien la eficiencia de conversión del 39,2 % puede no parecer sobresaliente, aún así ha establecido un nuevo récord mundial de eficiencia de conversión bajo la exposición a la luz solar.

Para superar el límite de eficiencia del 50%, el principal obstáculo es reducir la resistencia interna que dificulta el flujo de corriente en la celda solar, según John Geisz de NREL.

La importancia de esta investigación es que la diferencia en la eficiencia de conversión con luz solar normal y luz concentrada indica la posible existencia de una forma económica de implementar estas células solares tipo III-V de seis uniones. Mediante el uso de espejos que concentran la luz en las nuevas células solares, que tienen un costo relativamente bajo, es posible reducir en gran medida el costo del uso de esta tecnología. Con la concentración, se utilizarán menos semiconductores. Al mismo tiempo, concentrar la luz solar también puede mejorar la eficiencia de la celda.

Según Ryan France, uno de los co-desarrolladores de la celda de unión múltiple y científico de NREL, es muy posible superar el potencial de eficiencia de las celdas solares más allá del 50%. De hecho, lograr el mismo efecto puede requerir en última instancia solo el orden de magnitud de los materiales semiconductores originales o incluso 1/1000 en comparación con los materiales utilizados en la investigación del NREL. Esto haría que la generación de energía solar fuera más asequible para todos.

Además, este avance en la tecnología de celdas solares también podría tener un impacto positivo en otras industrias, como la aeroespacial, donde las celdas solares de alta eficiencia podrían usarse para impulsar naves espaciales.

En general, el desarrollo de las células solares más eficientes del mundo por parte del NREL es un importante paso adelante en la industria de las energías renovables. Con el potencial de superar el límite de eficiencia del 50 %, el futuro de la energía solar parece más brillante que nunca.

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