Ingenieros e investigadores del California Institute of Technology han desarrollado un nuevo material fotovoltaico flexible, a base de microhilos de silicio, que podría incrementar la captación y aprovechamiento de energía solar, reduciendo al mismo tiempo los costos de producción de las células solares. El nuevo material fotovoltaico insumiría solamente el 1% de la cantidad de materiales de este tipo que se emplean en la actualidad para los mencionados dispositivos energéticos. Por Pablo Javier Piacente.
Un nuevo material desarrollado a partir de microhilos de silicio podría constituir otro adelanto para la optimización de las células solares y el empleo de esta fuente energética renovable en todo el mundo. El avance fue obtenido por un grupo de investigación del California Institute of Technology, arrojando interesantes resultados positivos en cuanto a su eficacia de captación energética y su potencialidad en la disminución de costos operativos.
El material fue evaluado mediante distintos modelos computacionales, que indicaron la posibilidad de producir con el mismo células solares capaces de convertir entre un 15 y un 20 por ciento de la energía solar en electricidad, una cifra similar a la obtenida por las actuales células solares de silicio de alto rendimiento.
Sin embargo, la gran ventaja de este nuevo material es que requiere solamente el 1 por ciento de los materiales más onerosos utilizados hoy en día, dando lugar a una disminución importante en los costos. Los ingenieros e investigadores fueron dirigidos por Harry Atwater, profesor de física aplicada y ciencia de los materiales en el California Institute of Technology (Caltech). El trabajo se desarrolló en el marco del Atwater Research Group, y más específicamente en el área de estudio sobre materiales fotovoltaicos.
La investigación fue difundida mediante una publicación técnica en la página web del Atwater Research Group de Caltech, que participó en la 34º Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), organizada por el IEEE (Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos). A su vez, posteriormente fue reproducida en la edición en inglés del portal especializado Technology Review.
Principales ventajas del nuevo material
La clave para el desempeño del nuevo material es su capacidad para captar la luz solar empleando una menor cantidad de material fotovoltaico. Todas las células solares de alto rendimiento tienen recubrimientos antirreflejantes que ayudan a atrapar la luz. Sin embargo, las células de silicio que se emplean en la actualidad requieren una mayor cantidad de material y deben superar diferentes procesos que insumen una importante pérdida de energía. Todos estos inconvenientes se eliminan con el nuevo desarrollo.
Según Eli Yablanovitch, un profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de California-Berkeley que no participó directamente en la investigación, el gran avance en estos dispositivos estaba supeditado a la posibilidad de captar la luz solar con una menor cantidad de silicio, reduciendo así en forma considerable los costos. Justamente, esto es lo que parece haber logrado el equipo del California Institute of Technology.
Anteriormente, muchos grupos de investigación han recurrido a estructuras tales como nanocables y microhilos en un esfuerzo por resolver este problema. Sin embargo, el material fotovoltaico desarrollado por los especialistas del Caltech demuestra un nivel de rendimiento no conocido hasta el momento.
El gran éxito del nuevo material estaría directamente relacionado con el tratamiento que reciben los microhilos de silicio, mediante un revestimiento antirreflectante recubierto a su vez de un polímero de goma mezclado con nanopartículas de alúmina, una combinación altamente eficiente para la captación de energía.
Disminución de costos e incremento de la eficiencia energética
De esta manera, más del 90 por ciento del material resultante se compone de polímeros económicos, reduciendo en gran medida el costo final del compuesto. Asimismo, las partículas reflectantes garantizan que se escape una ínfima cantidad de luz antes que la misma sea absorbida con fines energéticos.
Sin embargo, es importante destacar que el grupo de ingenieros e investigadores de Caltech todavía no ha publicado detalles de la actuación del material como parte de una célula solar, aunque el compuesto ha demostrado un comportamiento excelente en cuanto a la captación de luz solar y su posterior aprovechamiento energético.
Por lo pronto, se ha comprobado que el material puede absorber el 85 por ciento de la luz que recibe, mientras que el 95 por ciento de los fotones de la luz absorbida generarán un electrón. En este momento, el Atwater Research Group trabaja en la aplicación del material fotovoltaico sobre un área mayor y en su incorporación en prototipos de células solares.
Al emplear una cantidad considerablemente menor de material para realizar células solares, en caso de comprobarse la efectividad de este nuevo desarrollo en los mencionados dispositivos, no solamente se disminuirá el costo de producción de cada célula sino, además, la inversión que se requiere para construir las fábricas necesarias para desarrollar las células solares, posibilitando un ritmo mayor de producción.
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