Los paneles solares de silicio están llegando a su límite tecnológico, pero los investigadores están experimentando combinando silicio con otros materiales para exprimir más energía de la luz solar. Un nuevo estudio muestra que se podría aumentar la eficiencia de los paneles solares de consumo en un 50%.
Un nuevo estudio muestra que mediante el uso de un proceso de fabricación controlado con precisión, los investigadores pueden producir paneles solares de varias capas con el potencial de ser 1,5 veces más eficientes que los paneles de silicio tradicionales. Los resultados del estudio dirigido por el ingeniero Minjoo Larry Lee de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign se publican en la revista Cell Reports Physical Sciences .
“Los paneles solares de silicio prevalecen porque son asequibles y pueden convertir un poco más del 20% de la luz del sol en electricidad utilizable”, dijo Lee, profesor de ingeniería eléctrica e informática y afiliado al Laboratorio de Micro y Nanotecnología de Holonyak. "Sin embargo, al igual que los chips de computadora de silicio, las células solares de silicio están llegando al límite de sus capacidades, por lo que encontrar una forma de aumentar la eficiencia es atractivo para los proveedores de energía y los consumidores".
El equipo de Lee ha estado trabajando para colocar el material semiconductor de fosfuro de arseniuro de galio sobre silicio porque los dos materiales se complementan. Ambos materiales absorben fuertemente la luz visible, pero el fosfuro de arseniuro de galio lo hace mientras genera menos calor residual. En contraste, el silicio se destaca en la conversión de energía de la parte infrarroja del espectro solar más allá de lo que nuestros ojos pueden ver, dijo Lee.
“Es como un equipo deportivo. Va a haber gente rápida, algunos fuertes y otros con grandes habilidades defensivas ”, dijo. "De manera similar, las células solares multiunión funcionan en equipo y aprovechan mejor las propiedades de ambos materiales para hacer un dispositivo único y más eficiente".
Si bien el fosfuro de arseniuro de galio y otros materiales semiconductores como este son eficientes y estables, son costosos, por lo que fabricar paneles compuestos completamente de ellos no es razonable para la producción en masa en este momento. Por lo tanto, el equipo de Lee utiliza silicio de bajo costo como punto de partida para su investigación.
Durante la fabricación, los defectos del material encuentran su camino hacia las capas, particularmente en las interfaces entre el silicio y el fosfuro de arseniuro de galio, dijo Lee. Se forman pequeñas imperfecciones cada vez que se colocan capas de materiales con una estructura atómica diferente sobre silicio, comprometiendo tanto el rendimiento como la fiabilidad.
“Cada vez que cambia de un material a otro, siempre existe el riesgo de crear algún desorden en la transición”, dijo Lee. "Shizhao Fan, el autor principal del estudio, desarrolló un proceso para formar interfaces prístinas en la celda de fosfuro de arseniuro de galio, lo que condujo a una gran mejora con respecto a nuestro trabajo anterior en esta área".
“Con el tiempo, una empresa de servicios públicos podría utilizar esta tecnología para obtener 1,5 veces más energía de la misma cantidad de terreno en sus granjas solares, o un consumidor podría utilizar 1,5 veces menos espacio para los paneles de la azotea”, dijo.
Lee dijo que siguen existiendo obstáculos en el camino hacia la comercialización, pero tiene la esperanza de que los proveedores de energía y los consumidores vean el valor de utilizar materiales estables para lograr un aumento del rendimiento.