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Considerar el Sol bajo una nueva luz

Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea ha desarrollado sistemas moleculares sensibles a la luz asociados a celdas solares capaces de absorber un espectro más amplio de la energía del sol. El aumento de la eficiencia de conversión podría incentivar la implantación comercial a gran escala de tales dispositivos.

Energía

El aprovechamiento de la energía del sol para producir electricidad a través de tecnologías fotovoltaicas (PV) avanzadas es un concepto que se encuentra en el umbral de penetración generalizada en el mercado. El salto requiere un aumento de la eficiencia de conversión energética combinado con una disminución de los costes. Una estrategia prometedora a la hora de incrementar la eficiencia consiste en mejorar el espectro de absorción de los materiales fotovoltaicos para que incluyan una mayor porción del espectro solar. Aunque el espectro solar abarca longitudes de onda que van de 290 a 3 790 nanómetros (nm), las bandas de absorción de los materiales fotovoltaicos actuales más avanzados apenas cubren una gama de longitudes de onda de entre 400 y 1 200 nm (rango visible). Los socios del proyecto financiado por la Unión Europea «Smart light collecting system for the efficiency enhancement of solar cells» (EPHOCELL) se propusieron estudiar a fondo el potencial de las transferencias de energía intra e intermoleculares basadas en un compuesto fotoluminiscente. La transformación de fotones de alta energía en fotones de baja energía, un proceso que se conoce como conversión descendente («down-shifting» o DS), es un proceso relativamente bien estudiado. Sin embargo, la aplicación práctica en los dispositivos fotovoltaicos del proceso inverso, denominado conversión ascendente («up-conversion» o UC) y por el que un fotón de baja energía se transforma en otro de energía mayor, sigue planteando un reto a los científicos y tecnólogos. Los socios de EPHOCELL se centraron en el desarrollo de un sencillo modulador de longitudes de onda a partir de materiales innovadores de UC y DS capaz de mejorar significativamente la eficiencia de los paneles fotovoltaicos. El rendimiento cuántico (QY), o eficacia cuántica, de un compuesto fotoluminiscente es una medida de la eficiencia del mismo. Los socios de EPHOCELL se pusieron como meta alcanzar un QY de conversión de al menos un 85 % para la DS y del 12 % para la UC. Al final, lograron un QY de conversión récord del 13 % para la UC y del 76 %, cercano al objetivo, para la DS. Para ello, desarrollaron diversos materiales absorbentes capaces de albergar los sistemas UC y DS y dispositivos de conversión, que se pueden acoplar a sistemas fotovoltaicos a base de obleas de silicio (Si) cristalino, Si amorfo (a-Si) y celdas solares sensibilizadas con colorante (DSSC). Las celdas fotovoltaicas asociadas a sistemas de DS mostraron mejoras de eficiencia de hasta el 45 %, mientras que con los sistemas de UC se consiguió un aumento de rendimiento de hasta el 2 %. Los investigadores realizaron predicciones para futuros sistemas «ideales» de UC basados en los resultados de los modelos que junto con un análisis de la relación entre costes y beneficios (CBA) permitieron establecer comparaciones preliminares con el coste de otras tecnologías diseñadas para mejorar la eficiencia fotovoltaica. Los socios de EPHOCELL han protagonizado un gran avance en el ámbito de los sistemas moleculares para la modulación de las longitudes de onda orientado hacia una mayor eficiencia de los sistemas PV. La nueva tecnología está abriendo el camino para la aceptación comercial generalizada de la tecnología fotovoltaica.

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