Mejora del rendimiento de las células solares
La eficiencia de conversión de las células solares es la relación entre la potencia máxima generada y la potencia incidente, y está limitada en parte por la «banda prohibida» de los materiales de las células solares. Actualmente, las células de silicio (Si) pierden más del 20 % de la energía incidente. Esto es debido a que los fotones con energías inferiores a la de la «banda prohibida» de la células atraviesan el dispositivo fotovoltaico sin ser absorbidos. Los científicos del proyecto NANOSPEC , financiado por la UE, desarrollaron una nueva tecnología de conversión ascendente. Esta tecnología permite producir un fotón de más energía (dentro de la banda prohibida del Si) a partir de dos o más fotones de energía inferior y que normalmente se perderían. Un convertidor ascendente adicional aumenta la eficiencia teórica desde un ya elevado valor teórico de 30 % hasta un sorprendente 40 % para la luz normal (no concentrada). El éxito del proyecto se basa en innovaciones en tres áreas principales: el material del convertidor ascendente, el segundo material luminiscente que amplía el rango espectral y estructuras fotónicas para la gestión de fotones. Los numerosos modelos desarrollados permitieron realizar estudios teóricos y simulaciones que llevaron a una importante mejora de la comprensión de la física subyacente de los tres campos de trabajo. Tras una investigación exhaustiva de diversos materiales para el convertidor ascendente y combinaciones de dopaje, los científicos seleccionaron fluoruro de itrio y sodio dopado con erbio (NaYF4: 25 % Er3+) para la excitación infrarroja de banda ancha. Se incorporó polvo microcristalino a una matriz transparente de perfluorociclobutilo (PFCB) para la integración en el convertidor ascendente de la célula solar. Los científicos también investigaron materiales luminiscentes que absorben luz que sin ellos sería transmitida y luego la emiten en el rango de absorción del convertidor ascendente. Para ello se utilizaron puntos cuánticos de semiconductores nanocristalinos (NQD) que emiten un gran porcentaje de los fotones absorbidos, incluso cuando están incrustados en PFCB. El equipo fabricó estructuras fotónicas espectralmente selectivas para ayudar a controlar los fotones y la radiación. Estas estructuras actúan como interfase entre la energía solar, los NQD y los concentradores fluorescentes, y también separan el material del convertidor ascendente del material fluorescente. El equipo consiguió producir sistemas de células solares completos con eficiencias ópticas altas, lo que dio lugar a más de veinte publicaciones en revistas científicas arbitradas de gran repercusión. La tecnología desarrollada abre nuevos caminos en el mercado fotovoltaico que son aplicables en una amplia variedad de sectores, incluyendo la generación de imágenes médicas.
