Tecnología híbrida de celdas solares para aprovechar el calor y la luz del Sol
Los materiales absorbentes son componentes clave en las aplicaciones fotovoltaicas. Para ser eficientes, es necesario que las celdas solares puedan captar luz de todo el espectro electromagnético y la conviertan en electricidad. Pero hasta ahora no se conoce ninguna sustancia sensibilizadora que ofrezca esa capacidad. Los artífices del proyecto GLOBASOL (Global solar spectrum harvesting through highly efficient photovoltaic and thermoelectric integrated cells), financiado con fondos europeos, pueden haber dado con una solución. Han creado una sinergia entre conceptos avanzados de gestión de la luz y nuevos materiales ópticamente activos que captan el espectro de prácticamente toda la radiación solar. Los investigadores crearon unas celdas solares mesoscópicas sensibilizadas (SMSC) que emplean colorantes pancromáticos orgánicos y organometálicos y electrolitos cuasi-sólidos para captar la radiación de longitud de onda hasta setecientos cincuenta nanómetros. La radiación en la banda de los setecientos cincuenta hasta los mil cien nanómetros la captan SMSC basados en puntos cuánticos. Unas estructuras de banda fotónica prohibida revolucionarias se encargan de amplificar la absorción en las SMSC de fotones en el rojo y el infrarrojo cercano. Al ser también transparentes a los fotones de energía inferior, esos sistemas se pueden utilizar como celdas superiores en montajes tándem concebidos para captar una amplia fracción de la emisión solar. La radiación de longitud de onda larga (por encima de los mil cien nanómetros) la gestionan unos dispositivos termoeléctricos. En concreto, GLOBASOL desarrolló materiales nuevos a base de puntos cuánticos ensamblados, nanocables o aleaciones en masa, los cuales ofrecen rendimientos considerables dentro del margen de temperaturas de quinientos a setecientos grados Kelvin. Los científicos usaron diseños de celdas en tándem y dispositivos ópticos adecuados, como lentes concentradoras o espejos, para separar con eficacia las longitudes de onda de la luz y aumentar así el rendimiento de los dispositivos termoeléctricos. Un gran logro del proyecto consistió en el desarrollo de celdas solares híbridas en estado sólido de gran eficiencia basadas en absorbentes de perovskita de trihalido organometálico. Con tan solo mezclar sales de yoduro de plomo y yoduro de metilamonio en una solución, el material formó cristales simétricos de forma natural cuya estructura facilita la liberación de las cargas eléctricas cuando son estimuladas por la luz solar. Estos cristales se consideran la siguiente generación de materiales destinados a incrementar la eficiencia de la conversión energética por encima del 17 %. La integración de las SMSC y las celdas termoeléctricas se efectuó con sumo rigor para mantener el elevado rendimiento de estas celdas por separado. La eficiencia de conversión total del dispositivo superó el 28 %, una cifra muy superior al estado de la técnica.
Palabras clave
Celda solar híbrida, fotovoltaica, termoelectricidad, perovskitas, GLOBASOL, dispositivo termoeléctrico
