Las energías renovables son de gran importancia para un futuro en el que escasearán los combustibles fósiles. Son también una herramienta para combatir el efecto invernadero y lo bueno es que somos capaces de potenciar los puntos fuertes de cada zona para extraer energía, ya sea mediante el agua, el calor, el viento o el Sol. Ahora, la clave es maximizar la eficiencia de las herramientas de captación.
Y un grupo de investigadores chinos está manos a la obra para exprimir las capacidades de las placas solares.
La fiebre por la energía Solar. Que este planteamiento venga de China no es extraño. China llevaba años dominando la producción de paneles fotovoltaicos y, tras la inyección de 130.000 millones de dólares por parte del gobierno, su industria ha disparado las exportaciones. De hecho, ha dejado fuera de juego a productores norteamericanos y europeos. Aunque, bueno, Estados Unidos y Japón no han dicho la última palabra.
Eso ha provocado una bajada en los precios y está permitiendo que cada vez más personas puedan optar por instalaciones de paneles solares con el objetivo de reducir su dependencia de las energéticas. En España llevamos años en ese camino, pero ahora estamos viendo casos como los de los alemanes poniendo vallas de jardín de paneles solares (porque las de madera son incluso más caras) o realizando peticiones para forrar sus balcones.
Mejorar la eficiencia. Esos fondos de China para la investigación de tecnología fotovoltaica se extiende a las universidades y, en la Facultad de Química e Ingeniería Química, así como en el Instituto de Tecnología de Harbin, los investigadores están elaborando teorías que ayuden a aprovechar más la luz solar. La del equipo liderado por Guanying Chen se centra en paneles que, mediante nuevas capas, sean capaces de registrar un mayor abanico de radiación para generar más energía por placa.
Se estima que el Sol irradia la Tierra con 120.000 teravatios de energía mientras que nosotros sólo consumimos 15 teravatios a nivel mundial. Cuanto mayor sea la capacidad para generar electricidad a partir de la energía captada por los paneles solares, más independencia tendremos de los combustibles fósiles. Actualmente, estos paneles están formadas por células de silicio (cristalino o policristalino) y cuentan con una conversión de energía del 18 al 22%. Para estas células solares de silicio (o SSC), el máximo teórico es el 30% según los límites de Shockley-Queisser.
Capturando la luz infrarroja y ultravioleta. Hay un 70% de la energía irradiada al dispositivo fotovoltaico que se pierde, y ahí es donde entra este estudio. Lo que plantean es una mejor forma de aprovechar la energía que llega a las células fotovoltaicas gracias a la conversión ascendente de fotones de un fósforo multifuncional que han desarrollado. Se trata de un proceso en el que varios fotones infrarrojo por debajo de la banda prohibida se combinan para formar fotones por encima de la banda prohibida. La eficiencia máxima con este método alcanza el 50,69%.
Esa capa verde es el fósforo multifuncional que ayudaría a captar el rango ultravioleta e infrarrojo. Se ha ideado para que su colocación sobre los SSC sea sencilla
Otro es el corte cuántico, que es el proceso inverso por el que un fotón de alta energía se divide en dos, o más, fotones de menor energía. Así, un fotón ultravioleta puede producir dos pares de electrones huecos, mejorando la eficiencia en la conversión de energía hasta el 38,6%. De nuevo, es algo que supera el límite de Shockley-Queisser.
Instalación sencilla. Algo interesante de estas propuestas es que, según los investigadores, la aplicación de esta capa de fósforo multifuncional de conversión espectral no requiere modificadores explícitos en la estructura de los paneles actuales, por lo que se podrían instalar sistemas de conversión ascendente o de corte cuántico de forma sencilla en las placas para superar la falta de eficiencia en los SSC convencionales. Esto es algo en lo que otros institutos chinos están investigando, ya que este nuevo trabajo se basa en descubrimientos anteriores sobre el fósforo multifuncional.
Hay retos por delante. El propio Chen lleva años investigando sobre la mejora de la eficiencia de las células solares y, aunque se muestra esperanzado con esa capa que permita aprovechar la energía tanto ultravioleta como infrarroja, afirma que hay desafíos que superar. Uno de ellos es poner en práctica la creación de ese sistema para medir de forma experimental la eficiencia de los procesos de corte cuántico y conversión ascendente, pero también se deben elegir los mejores materiales para maximizar esa absorción de energía en los rangos que ahora mismo no se aprovechan.
De la manera que sea, el equipo está convencido de que estos fósforos multifuncionales reforzarán la eficiencia de conversión de energía en las células solares de silicio por encima del límite de Shockley-Queisser. Si se combina esta tecnología con ideas como la de una planta fotovoltaica de 160 x 160 kilómetros de Elon Musk, se podría conseguir la independencia energética de varios paises.
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