Investigadores de la Universidad de Lehigh han presentado un material innovador que podría revolucionar la eficiencia de los paneles solares. Este nuevo material, presentado en un prototipo de célula solar, cuenta con una impresionante tasa de absorción fotovoltaica del 80%, junto con una notable eficiencia cuántica externa (EQE) de hasta el 190%.
Estas cifras superan con creces el límite de eficiencia teórica de los materiales tradicionales basados en silicio, lo que marca un avance significativo en el ámbito de la tecnología fotovoltaica.
El profesor Chinedu Ekuma, junto con el estudiante de doctorado Srihari Kastuar, publicaron sus hallazgos en la prestigiosa revista Science Advances . Ekuma expresó entusiasmo y afirmó: «Este trabajo representa un importante avance en nuestra comprensión y desarrollo de soluciones energéticas sostenibles, destacando enfoques innovadores que podrían redefinir la eficiencia y la accesibilidad de la energía solar en un futuro próximo».
(CRÉDITO: Laboratorio Ekuma / Universidad de Lehigh)
El material debe su mayor eficiencia a sus exclusivos «estados de banda intermedia», ubicados estratégicamente dentro de su estructura electrónica. Estos estados, con niveles de energía que oscilan entre 0,78 y 1,26 electronvoltios, facilitan una absorción óptima de la luz solar y la generación de portadores de carga.
Además, el material demuestra propiedades de absorción superiores en las regiones infrarroja y visible del espectro electromagnético.
Tradicionalmente, las células solares se han limitado a un EQE del 100%, lo que representa la generación y recolección de un electrón por fotón absorbido. Sin embargo, avances recientes han mostrado materiales capaces de superar este límite mediante la generación de excitones múltiples (MEG).
Aunque aún no se comercializan ampliamente, los materiales MEG prometen mejorar significativamente la eficiencia de la energía solar.
El material recientemente desarrollado por la Universidad de Lehigh captura eficazmente la energía fotónica perdida por las células solares convencionales, incluida la perdida por reflexión y producción de calor.
El desarrollo de este material innovador se basó en aprovechar las “brechas de van der Waals”, espacios minúsculos entre materiales bidimensionales en capas. Estos espacios permiten la inserción o «intercalación» de elementos adicionales para modificar las propiedades del material. En este caso, los investigadores insertaron átomos de cobre de valencia cero entre capas de seleniuro de germanio (GeSe) y sulfuro de estaño (SnS).
Ekuma, especialista en física computacional de la materia condensada, encabezó la creación del prototipo tras un extenso modelado por ordenador. Enfatizó: «Su rápida respuesta y mayor eficiencia indican claramente el potencial del GeSe/SnS intercalado con Cu como material cuántico para su uso en aplicaciones fotovoltaicas avanzadas, ofreciendo una vía para mejorar la eficiencia en la conversión de energía solar».
Si bien la integración del material recientemente desarrollado en los sistemas de energía solar existentes requiere más investigación y desarrollo, Ekuma señaló que la técnica experimental utilizada ya es muy avanzada. Los científicos han perfeccionado métodos para insertar con precisión átomos, iones y moléculas en materiales a lo largo del tiempo.
Financiada en parte por una subvención del Departamento de Energía de EE. UU., esta investigación representa un paso significativo hacia la realización de soluciones de energía solar más eficientes y accesibles.
Con un perfeccionamiento continuo, el material desarrollado por la Universidad de Lehigh promete alimentar la próxima generación de células solares de alta eficiencia, cruciales para satisfacer las demandas energéticas globales.