La Célula Solar del Futuro ya es Presente

El grupo de investigación Láminas Delgadas y Microelectrónica de la Facultad de Físicas de la UCM y el Instituto de Energía Solar de la UPM enmarcados en el Cambio Global y Nuevas Energías del Campus Moncloa han logrado fabricar la primera célula solar de silicio basada en materiales de banda intermedia que ha demostrado el principio de operación de una célula solar de BI.

13/06/2012

El grupo de investigación Láminas Delgadas y Microelectrónica de la Facultad de Físicas de la UCM y el Instituto de Energía Solar de la UPM enmarcados en el Cambio Global y Nuevas Energías del Campus Moncloa han logrado fabricar la primera célula solar de silicio basada en materiales de banda intermedia que ha demostrado el principio de operación de una célula solar de BI.

El dominio de la energía y su eficiente conversión se han convertido en el motor de la sociedad tecnológica actual, influyendo directamente en el sector económico y el estado de bienestar social.

Sin embargo, los medios por los que la especie humana ha obtenido su energía han puesto en grave peligro su propio ecosistema e incluso el futuro de su propia especie. El modelo energético actual, basado en el consumo masivo de combustibles fósiles es totalmente incompatible con un desarrollo sostenible. Problemas medioambientales tan graves como la lluvia ácida, la emisión de gases de efecto invernadero o el cambio climático son productos de este modelo energético insostenible.

Por ello, ha de imponerse un cambio de rumbo hacia el uso de energías renovables. Centrémonos en la energía solar: el Sol emite sobre la superficie terrestre del planeta una cantidad de energía 6000 veces mayor que la que se prevé que necesitaremos para cubrir todas nuestras necesidades en el año 2020. En la década de 1980, un ingeniero llamado Roland Hulstrom calculó que bastaría cubrir con paneles fotovoltaicos tres milésimas de la superficie de Estados Unidos (apenas un cuadrado de 160 kilómetros de lado) para suministrar electricidad a todo su país. Desde estos puntos de vista, podemos decir que la energía solar es virtualmente ilimitada.

Actualmente nos encontramos en el desarrollo de una tercera generación de células solares cuyo objetivo principal es obtener una mayor eficiencia de conversión de la energía solar en energía eléctrica sin que ello implique un encarecimiento de los costes de producción. La célula solar basada en materiales de Banda Intermedia (BI) es un ejemplo de dispositivo de tercera generación.


En este tipo de células sería posible alcanzar eficiencias de conversión de hasta un 60% frente al actual 22% en células de silicio tradicionales. Para ello, en este dispositivo se aprovecharían una mayor cantidad de los fotones (partículas energéticas provenientes del sol) para excitar electrones en el material (partículas portadoras de la carga eléctrica). En una célula tradicional de silicio únicamente se pueden utilizar aquellos fotones que tienen la energía suficiente para hacer ”œsaltar” a los electrones desde un estado en el que están fuertemente ligados a los átomos del material (banda de valencia), hasta un estado desde el que se pueden recolectar hacia el exterior de la célula para generar corriente eléctrica (banda de conducción). Sin embargo, aquellos fotones con energías menores a la del ”œsalto” se desaprovechan.

Por el contrario, en una célula de BI existiría un ”œescalón” intermedio de energía mediante el cual los electrones podrían alcanzar la banda de conducción. De esta manera, además de aprovechar los fotones energéticos del salto 1, podrían usar fotones con menor energía para los saltos 2 y 3 (ver figura). Es como si, tras un día lluvioso, tuviésemos que saltar un charco grande para llegar a nuestro destino. Si en medio del charco, existiese una pequeña isla de tierra seca, podríamos cruzar el charco sin mojarnos realizando dos saltitos, cada uno de ellos de menor energía que si decidiésemos saltar de una vez todo el charco.

Autor del artículo: Eric García Hemme

Ámbito: Cambio Global y Nuevas Energías    Fuente: CEI Campus Moncloa

Fecha del evento:

13/06/2012