Nuevo material cuántico promete más de un 190% de eficiencia de los paneles solares

Un equipo de investigadores ha generado un material cuántico que podría aumentar la eficiencia de los paneles solares, un hallazgo que permitirá elaborar una nueva generación de placas con las que afrontar las necesidades energéticas mundiales.

El hallazgo ha sido creado por investigadores de la Universidad de Lehigh, Pensilvania (Estados Unidos), y los detalles se han publicado este miércoles en la revista Science Advances.

“Este trabajo representa un importante salto adelante en nuestra comprensión y desarrollo de soluciones energéticas sostenibles, con enfoques innovadores que podrían redefinir la eficiencia y accesibilidad de la energía solar en un futuro cercano”, comenta Chinedu Ekuma, físico de la Universidad de Lehigh y coautor del estudio.

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Supera el límite teórico de eficiencia

El prototipo, que usa el nuevo material como capa activa en una célula solar, tiene una absorción fotovoltaica media del 80 % y una eficiencia cuántica externa (EQE) o capacidad para convertir la luz solar en electricidad sin precedentes: de hasta el 190 %, superando así con creces el límite teórico de eficiencia Shockley-Queisser para materiales basados en silicio.

Este índice establecido en 1961 fijó en un 33,7 % la capacidad de convertir la energía solar en energía eléctrica. Con los años, los paneles con silicio se han ido acercando a este límite que al final ha sido superado por otros materiales, como los materiales cuánticos que están impulsando la energía fotovoltaica a nuevas cotas.

El salto de eficiencia del material se atribuye a sus característicos “estados de banda intermedios”, niveles de energía específicos que se sitúan dentro de la estructura electrónica del material y que resultan ideales para la conversión de la energía solar.

Del mismo modo, el material funciona especialmente bien con altos niveles de absorción en las regiones infrarroja y visible del espectro electromagnético, indica EFE.

En las células solares tradicionales, la eficiencia cuántica externa (EQE) máxima es del 100 %, lo que representa que por cada fotón absorbido de la luz, se genera y capta un electrón.

Pero algunos materiales avanzados desarrollados en los últimos años han logrado generar y recoger más de un electrón a partir de fotones de alta energía, lo que quiere decir una EQE superior al 100 %.

Permiten capturar la energía que se pierde

Pese a que estos materiales de Generación Múltiple de Excitones (MEG) todavía no se han comercializado de manera general, tienen el potencial de aumentar enormemente la eficiencia de los sistemas de energía solar.

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En el material desarrollado por Lehigh, los estados de banda intermedios permiten capturar la energía de los fotones que se pierde en las células solares tradicionales, incluso por reflexión y producción de calor.

Ekuma, experto en física computacional de la materia condensada, generó el prototipo como prueba de concepto luego de que un modelo informático revelara su potencial teórico.

Para este investigador, la gran eficiencia del nuevo material cuántico le convierte en un “candidato prometedor para el desarrollo de células solares de nueva generación y alta eficiencia, que desempeñarán un papel crucial a la hora de abordar las necesidades energéticas mundiales”.

Y aunque la integración del material cuántico de nuevo diseño en los actuales sistemas de energía solar necesitará más investigación, Ekuma dice que la técnica experimental utilizada para crear estos materiales ya es muy avanzada.