Nuevo heredero del silicio para construir células solares muy eficientes
Las células fotovoltaicas con múltiples uniones, o células dispuestas en serie, son una de las tecnologías más estudiadas como estrategia para alcanzar células solares más eficientes. Originalmente se diseñaron para aplicaciones aeroespaciales. Estas células con múltiples uniones III-V utilizan tres materiales diferentes en una sola célula, y así se capta mucha más energía solar. Es por ello que alcanzan niveles de eficiencia muy favorables. El diseño de múltiples uniones metamórficas invertidas supone una tecnología avanzada en lo que refiere al rendimiento y abaratamiento de estas células. En el proyecto SOLAR FUEL BY III-VS (Direct photoelectrochemical generation of solar fuels using dilute nitride III-V compound semiconductor heterostructures on silicon: Epitaxy, electrochemistry, and interface characterization) un equipo de científicos introdujo una estrategia diferente que podría conducir a avances importantes en la eficiencia de conversión de la energía solar a hidrógeno. Para aumentar la eficiencia de la reacción de separación del agua, el equipo de trabajo investigó el depósito del nitruro III-V diluido, una nueva clase de aleación semiconductora, sobre el silicio. Después, demostró que mediante el uso de iones de nitrógeno y la pulverización de catalizadores metálicos (GaInP) es posible prolongar la vida útil del dispositivo. Gracias al trabajo de modelización detallado fue posible conocer la función que desempeña la absorción parasitaria en limitar las eficiencias de conversión de las células y determinar la banda de energía óptima. Además, los científicos encontraron que existe una relación entre el espesor de la película de electrolitos y la pérdida de voltaje que limita la eficiencia de conversión de la energía solar a hidrógeno. El trabajo de análisis apuntó a descubrir las diferencias en el espectro entre las fuentes luminosas de laboratorio habituales y la irradiación solar que producen estimaciones de la conversión de eficiencia imprecisas. Una vez realizado todo este análisis teórico, los científicos observaron que los diseños en serie de GaInP/GaAs pueden alcanzar una eficiencia de conversión de un 10 %. Se trata de niveles muy cercanos a los más altos obtenidos a nivel mundial. El diseño invertido con un reflector dorado en su reverso mejora el rendimiento de la parte inferior de la célula en cerca de un 2 %. Afinar la parte superior de la célula para lograr una mejor distribución de la luz permitirá mejorar el rendimiento en un 2 % adicional. No obstante, el equipo de trabajo argumenta que si disminuyen mínimamente los anchos de banda en el dispositivo de absorción de la parte superior y de las células de la parte inferior, es posible obtener niveles de eficiencia incluso mayores. SOLAR FUEL BY III-VS estudió los problemas críticos asociados a la generación de combustible a partir de energía solar. Sentó las bases para acelerar el desarrollo de combustibles generados a partir de energía solar, avanzando hacia la generación de energía sostenible. Los resultados del proyecto se difundieron en diferentes publicaciones.
