Celdas solares con una eficiencia sin precedentes La tercera generación de celdas solares podría lograr una eficiencia mayor que el límite teórico del 40,7 %. Añadir una banda estrecha de estados de energía en el interior de la banda prohibida de los materiales semiconductores es un paso tímido en esta dirección. Energía © Shutterstock Hasta la fecha, los fundamentos del funcionamiento de las celdas solares con banda intermedia se han demostrado experimentalmente. La banda intermedia permite absorber fotones de baja energía que, de otro modo, se transmitirían a través del material fotovoltaico. Los cálculos teóricos muestran que es posible lograr eficiencias de hasta el 63 % con luz solar concentrada. La finalidad del proyecto SIRACUSA (Study on intermediate band materials with prevailing radiative carrier recombination for superior solar energy applications), financiado por la Unión Europea, fue desarrollar una celda solar con esta alta eficiencia mediante la inserción de una banda adicional mediante niveles de impurezas profundas. Los investigadores probaron una alternativa a la inserción de puntos cuánticos en la región intrínseca de un semiconductor p-i-n. Mediante epitaxia con haces moleculares, crearon una banda intermedia incorporando una concentración de hierro (Fe) en arseniuro de galio (GaAs), co-dopado con silicio. El nuevo material se caracterizó mediante espectrometría de masas de iones secundarios y se confirmó una alta concentración de Fe incorporado. Las propiedades eléctricas se estudiaron sobre la base de medidas de efecto Hall. Tradicionalmente, se había considerado que la presencia de niveles en la banda prohibida de un semiconductores en la profundidad de las impurezas sería perjudicial para el rendimiento de las celdas solares. No obstante, la teoría predice que, si se incorporan con una concentración lo suficientemente elevada, las funciones de onda de las especies extrañas se solapan hasta formar una banda que suprime los procesos no radiativos. Antes del proyecto SIRACUSA, la mayoría de las implementaciones prácticas del concepto de banda intermedia se orientaban hacia el uso de la nanotecnología, en particular de puntos cuánticos. Estos investigadores fueron los primeros en tratar de fabricar celdas solares de GaAs:Fe con banda intermedia. Se especuló que la fotorrespuesta frente a fotones con energías menores que el ancho de banda prohibida se debe principalmente a los antisitios de As y las vacantes de Ga. La introducción de estados de energía adicionales dentro de la banda prohibida por parte de los átomos de Fe también contribuyó a generar una fotocorriente. Es necesario proporcionar una fotocorriente elevada y, a la vez, mantener la tensión en circuito abierto de la celda solar. Con este fin, será necesario ejercer un control más riguroso sobre el proceso de crecimiento con el fin de producir un material para celdas de alta calidad a baja temperatura. Al tratar de implementar el concepto de banda intermedia en la práctica, se han propuesto teóricamente varios materiales y sistemas. Entre los numerosos candidatos que se estudian actualmente, la mejor opción puede estar todavía oculta entre ellos. Palabras clave Celdas solares, materiales semiconductores, banda intermedia, SIRACUSA, puntos cuánticos
