Componentes fotovoltaicos que atrapan la luz

En 1995, mientras terminaba su licenciatura en física, Kylie Catchpole decidió apostar por un campo que estaba casi moribundo: la energía fotovoltaica. "De algún modo sentía que tendría dificultades para encontrar trabajo", recuerda. Sin embargo su apuesta funcionó. En 2006 Catchpole, que por entonces estaba en su etapa de post doctorado, descubrió algo que abrió la puerta a creación de células solares de película fina mucho más eficientes a la hora de convertir la luz en electricidad. Se trata de un avance que podría ayudar a que la energía solar fuera más competitiva frente a los combustibles fósiles.

Las células solares de película fina, hechas de materiales semiconductores como el silicio amorfo o el teluro de cadmio, son más baratas de producir que las células solares convencionales, hechas de obleas de silicio cristalino relativamente gruesas y caras. Sin embargo también son menos eficientes, puesto que si una célula es más delgada que el largo de la longitud de onda de la luz entrante, esa luz tiene menos probabilidades de ser absorbida y convertida. Con tan sólo unos pocos micrómetros de espesor, las células de película fina sólo absorben, débilmente, longitudes de onda en la parte del espectro del infrarrojo cercano; esa energía se pierde. El resultado es que los componentes fotovoltaicos de película fina convierten de un 8 a un 12 por ciento de la luz que entra en electricidad, frente al 14-19 por ciento del silicio cristalino. Por eso, son necesarias instalaciones más grandes para producir la misma cantidad de electricidad, lo que limita el número de lugares donde la tecnología puede ser utilizada.

Catchpole, que en la actualidad es miembro de investigación en la Universidad Nacional Australiana de Canberra, comenzó a trabajar en este problema en 2002 en la Universidad de New South Wales de Sydney. "Fue una cuestión de "vamos a empezar por el principio: ¿podemos diseñar una forma completamente distinta de fabricar células solares? ", señala. "Una de las cosas con las que me encontré fue la plasmónica--observando las extrañas propiedades ópticas de los metales."

Los plasmones son un tipo de onda que se mueve a través de los electrones en la superficie de un metal cuando son excitados por la luz incidente. Otros expertos han tratado de aprovechar los efectos plasmónicos para crear componentes fotovoltaicos convencional de silicio más eficientes, aunque nadie lo había intentado con células solares de película fina. Catchpole descubrió que las nanopartículas de plata que depositó en la superficie de una célula solar de silicio de película fina no reflejaba la luz de fondo que caía directamente sobre ella, como sucedería con un espejo. En su lugar, los plasmones que se formaron en la superficie de las partículas desviaron los fotones e hicieron que rebotasen hacia atrás y adelante dentro de la célula, permitiendo que fueran absorbidas unas mayores longitudes de onda.

Los dispositivos experimentales de Catchpole producen un 30 por ciento más de corriente eléctrica que las células de silicio convencionales de película fina. Si Catchpole logra integrar su tecnología de nanopartículas con los procesos utilizados para producir en masa películas finas comercialmente, podría cambiar el equilibrio de la tecnología utilizada en las células solares. Los componentes fotovoltaicos de película fina no sólo podrían aumentar su cuota de mercado (de hecho, actualmente sólo poseen un 30 por ciento del mercado en los Estados Unidos), sino mantener el crecimiento de la industria solar en general.

Hasta ahora, el silicio ha ido perdiendo terreno frente al teluro de cadmio como material de elección para las células solares de película fina. (First Solar, líder del mercado, está planificando una serie de parques solares a escala de gigavatios que utilizarán tecnología de película fina de teluro de cadmio para generar tanta electricidad como las centrales eléctricas convencionales.) No obstante el teluro es un material raro, y los expertos se preguntan si habrá provisiones para satisfacer un tipo de ambiciones tan altas. "Simplemente no hay teluro suficiente para marcar una diferencia sustancial en la manera de producir la energía del mundo", afirma Catchpole. "El silicio es el camino a seguir."

Catchpole ha sido contactada por varias empresas, aunque ella quiere pulir más la tecnología antes de su comercialización. Mientras tanto, los investigadores de la Universidad de Tecnología Swinburne en Melbourne están colaborando con Suntech Power, uno de los mayores fabricantes de células solares de silicio del mundo, para la creación de células de silicio de película fina plasmónica. Los componentes fotovoltaicos plasmónicos de la compañía se espera que estén listos para su producción en un plazo de cuatro años.

Fuente: Technology Review