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Un nuevo método podría aumentar drásticamente la eficiencia de la energía solar

Un nuevo método podría aumentar drásticamente la eficiencia de la energía solar

Un panel solar fotovoltaico con la puesta de sol en el fondoAndree_Nery / iStock

Las células solares tradicionales basadas en silicio tienen un límite absoluto para la eficiencia general: en principio, un solo fotón de luz solo debería poder aflojar un solo electrón, incluso si ese fotón transporta el doble de la energía necesaria para hacerlo.

Ahora, sin embargo, los investigadores han presentado una nueva forma de hacer que los fotones de alta energía golpeen el silicio para eliminar dos electrones en lugar de uno.

Estos hallazgos, publicados en la revista Naturaleza, han abierto el camino para una nueva forma de energía solar mucho más eficiente.

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Dividiendo la energía de un fotón

Las células de energía de silicio convencionales tienen una eficiencia máxima teórica absoluta de aproximadamente un 29,1 por ciento de conversión de energía solar.

El nuevo enfoque, que ha sido desarrollado durante varios años por investigadores del MIT y otras organizaciones, podría romper ese límite de manera realista.

La clave para obtener dos electrones de un fotón proviene de una clase de materiales que poseen "estados excitados" llamados acertadamente excitones, dijo Marc Baldo, profesor de ingeniería eléctrica e informática del proyecto, en un comunicado de prensa.

En los excitones, "estos paquetes de energía se propagan como los electrones en un circuito. Puedes usarlos para cambiar la energía; puedes cortarlos por la mitad, puedes combinarlos".

Los investigadores llevaron a cabo un proceso llamado fisión de excitón singlete, que permite que los fotones de la luz solar se dividan en dos paquetes de energía separados que se mueven de forma independiente.

En primer lugar, el material absorbe un fotón, formando un excitón que rápidamente sufre fisión en dos estados excitados, cada uno con la mitad de la energía del estado original.

Sin embargo, el verdadero logro fue que los científicos pudieron acoplar esa energía en silicio, un material que no es excitónico. Esto fue permitido por una fina capa intermedia de oxinitruro de hafnio, de solo unos pocos átomos de espesor, en la superficie del silicio.

La capa de oxinitruro de hafnio actuó como un "puente agradable" para los estados excitados, dice Baldo, haciendo posible que los fotones individuales de alta energía liberen dos electrones en la celda de silicio.

Optimización de las células de silicio

Esto, en teoría, produce una producción mucho mayor de la energía recibida de la luz solar. Eso constituiría un aumento en la energía producida por la célula solar desde el máximo teórico del 29,1 por ciento, hasta un nuevo máximo de alrededor del 35 por ciento.

Sin embargo, queda un paso para los investigadores: "Todavía necesitamos optimizar las células de silicio para este proceso", dice Baldo.

Es necesario trabajar para estabilizar las baterías para una mayor durabilidad y optimizarlas para el nuevo método, por lo que es probable que las aplicaciones comerciales aún estén dentro de unos años.

A pesar de esto, su trabajo es muy prometedor para mejorar la producción de energía solar para el futuro.

Los resultados fueron publicados ayer en la revistaNaturaleza, en un artículo del estudiante graduado Markus Einzinger, el profesor de química Moungi Bawendi, el profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación Marc Baldo, y otros ocho en el MIT y en la Universidad de Princeton.


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