RDÉ DIGITAL, MADRID.- Un grupo de científicos ha creado un material cuántico que podría aumentar significativamente la eficacia de los paneles solares, lo que permitirá la creación de placas de nueva generación para satisfacer las demandas energéticas globales. Investigadores de la Universidad de Lehigh en Pensilvania (Estados Unidos) han creado el hallazgo, que este miércoles se publica en la revista Science Advances.
Chinadu Ekuma, físico de la Universidad de Lehigh y coautor del estudio, afirma que este trabajo representa un importante avance 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.
El prototipo, que emplea el material innovador como capa activa en una célula solar, tiene una absorción fotovoltaica promedio del 80 % y una eficiencia cuántica externa (EQE), o la capacidad de convertir la luz solar en electricidad, de hasta el 190 %.
Esto supera con creces el límite teórico de eficiencia Shockley-Queisser para materiales basados en silicio. La capacidad de convertir la energía solar en energía eléctrica se estimó en un 33,7 % según este índice establecido en 1961. Los paneles de silicio se han acercado a este límite con el tiempo, pero otros materiales, como los materiales cuánticos, han logrado superarlo.
El aumento de la eficiencia del material se debe principalmente a sus “estados de banda intermedios”, niveles de energía específicos que se encuentran dentro de la estructura electrónica del material y que son ideales para la conversión de energía solar. Además, el material funciona muy bien en las áreas visible y infrarroja del espectro electromagnético debido a sus altos niveles de absorción. La eficiencia cuántica externa (EQE) máxima de las células solares convencionales es del 100%, lo que significa que se produce y captura un electrón por cada fotón absorbido de la luz.
Sin embargo, en los últimos años, ciertos materiales innovadores han logrado generar y capturar más de un electrón de fotones de alta energía, lo que significa que tienen una EQE superior al 100 %. Estos materiales de Generación Múltiple de Excitones (MEG) tienen el potencial de aumentar significativamente la eficiencia de los sistemas de energía solar, pero aún no se han comercializado ampliamente.
Los estados de banda intermedios en el material desarrollado por Lehigh permiten la captura de energía de los fotones que se pierden en las células solares convencionales, incluso por reflexión y producción de calor. Después de que un modelo informático demostrara su potencial teórico, Ekuma, experto en física computacional de materia condensada, creó el prototipo como prueba de concepto.
El investigador cree que el material cuántico nuevo es una opción prometedora para el desarrollo de células solares de alta eficiencia de nueva generación, que tendrán un papel importante en la satisfacción de las necesidades energéticas globales.
Ekuma afirma que el método experimental utilizado para producir estos materiales ya es extremadamente avanzado. Sin embargo, la integración del material cuántico de nuevo diseño en los sistemas de energía solar actuales requerirá más investigación.
