Dispositivo termofotovoltaico podría revolucionar la eficiencia de placas solares

Las celdas solares fotovoltaicas tradicionales tienen un límite de eficiencia en el cual pueden convertir la luz del sol en energía. Este límite (basado en la banda prohibida del material usado y conocido como el límite Shockley-Queisser) es cercano al 33,7 por ciento para celdas solares estándar. Esto se debe esencialmente a la incapacidad de cualquier material de responder a todas las longitudes de onda de la luz solar. Entonces ¿qué pasaría si hubiese una manera de cambiar las longitudes de onda que alcanzan la celda por unas que esta pueda convertir mejor? Investigadores del MIT han develado una versión aún mejor de esta idea, conocida como celda termofotovoltaica solar.

Estas celdas solares modificadas sitúan un dispositivo amortiguador - emisor sobre la celda misma. La luz del sol es absorbida por esta capa, se calienta (bastante) y emite luz sintonizada directamente hacia la banda prohibida de la celda fotovoltaica localizada debajo de ella. Esto significa que mucha más de la energía contenida en el rayo de luz solar puede transformarse en electricidad. De acuerdo con la investigación publicada en Nature Nanotechnology por el estudiante graduado Andrej Lenert y sus colegas, esta idea ofrece los beneficios asociados del poder termal solar y de la fotovoltaica tradicional, ademas de tener la habilidad de aprovechar mucho más el espectro de luz solar y por tanto alcanzar eficiencias extremadamente altas.

En teoría, estos dispositivos podrían alcanzar un 80 por ciento de eficiencia y hasta más, aunque por ahora tengamos que conformarnos con un simple 3,2 por ciento. Sin embargo, esto es aún más del triple de la eficiencia alcanzada en esfuerzos previos, los cuales habían llegado a un límite de alrededor del 1 por ciento. 

Una de las razones de la enorme brecha entre la posibilidad y la realidad se encuentra el calor. El nuevo dispositivo amortiguador - emisor alcanzó una temperatura de 962 grados centígrados; a esas temperaturas los dispositivos son difíciles de optimizar y operar. Según los investigadores, el 3.2 por ciento alcanzado es resultado de los materiales específicos y el diseño del amortiguador - emisor: la capa exterior usa una colección de nanotubos de carbón de pared múltiple, y la porción del emisor es una capa de cristal fotónico hecha de silicio y dióxido de silicio. 

“Nuestro dispositivo es planar y compacto, y podría volverse una opción viable para la conversión de energía solar termofotovoltaica en electricidad con un alto desempeño” escribieron en Nature Nanotechnology. También, tiene el potencial de ayudar en el almacenamiento energético ya que el calor es una forma mas simple de energía que la electricidad. El prototipo ha alcanzado un 3,2 por ciento pero el grupo estima que puede llegar a un 20 por ciento, lo que lo pondría al nivel de los módulos fotovoltaicos comunes, y que podría estar al alcance en un futuro cercano. En un correo, Lenert me dijo que “Las eficiencias mas allá de este nivel requerirán mejorías en las bandas prohibidas bajas de las celdas, así como un mejor control del proceso de conversión espectral de impulso térmico usando longitud de onda y superficies angulares selectivas.” El centro de investigación del MIT está persiguiendo estos y otros objetivos para popularizar esta idea y llevarla a un nivel comercial.

Silvio Sánchez

Soy la fundadora de TodoSalud.co, una estudiante de enfermería apasionada con la salud y la comunicación. Puedes seguirme en youtube, donde subo videos sobre maternidad; tambien en Instagram y Facebook :)