Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Minnesota ha despejado un importante obstáculo en el avance para la creación de celdas solares con una potencial eficiencia de hasta el doble de los niveles actuales de desarrollo, las cuales raramente exceden el 30 por ciento.

Al mostrar cómo la energía se está perdiendo ahora de los semiconductores en las celdas solares y que puede ser capturada y transferida a los circuitos eléctricos, el equipo ha abierto una nueva avenida para los investigadores del desarrollo de celdas solares que buscan construir dispositivos de energía solar más eficientes y económicos. El trabajo ha sido publicado en la revista Science.

Un sistema construido sobre la investigación también podría recortar los costos de manufactura de la celdas solares al quitar la necesidad de procesarlas a muy altas temperaturas.

Este logro corona seis años de trabajo que iniciara en el Instituto de Tecnología de la Universidad (Colegio de Ciencias e Ingeniería) en el laboratorio del Profesor Xiaoyang Zhu en el Departamento de Química en colaboración con el Profesor de Ciencias de Ingeniería Química y Materiales Eray Aydil y David Norris y dirigido por el estudiante graduado William Tisdale de la Universidad de Minnesota. El Profesor Zhu se encuentra ahora en la Universidad de Texas - Austin.

En la mayoría de las celdas solares en uso en la actualidad, los rayos del sol inciden sobre la capa superior de las celdas, las cuales están elaboradas a base de un material cristalino semiconductor -- usualmente silicón. El problema es que muchos electrones en el silicón absorben el monto en exceso de la energía solar e iradian esa energía en forma de calor antes de que pueda ser recolectada.

Un paso previo en la recolección de esa energía es transferir estos electrones "calientes" fuera del material semiconductor en un cable, ó circuito eléctrico, antes de que puedan enfriarse. Pero esfuerzos para extraer los electrones calientes de los semiconductores tradicionales no han tenido éxito.

Sin embargo, cuando los semiconductores son construidos en pequeñas piezas de algunos nanometros de ancho -- "puntos cuánticos"-- sus propiedades cambian.

"La teoría dice que los puntos cuánticos deberían retardar la pérdida de energía en forma de calor," comenta Tisdale. "Y un documento publicado en el 2008 de la Universidad de Chicago probó que esto era verdad, La gran pregunta para nosotros era si podriamos también acelerar la extracción y transferencia de los electrones calientes suficientemente para utilizarla antes de que se enfríen."

En el trabajo actual, Tisdale y sus colegas demostraron que los puntos cuánticos -- no hechos de silicón sino de otro material semiconductor llamado seleniuro de plomo -- podría de hecho hacer rendirse a sus electrones "calientes" antes de que se enfríen. Los electrones fueron apartados por el dióxido de titanio que es otro material semiconductor abundante, barato y que se comporta como un cable.

"Este es un resultado muy prometedor," comentó Tisdale. "Demostramos que se pueden obtener electrones calientes muy rápidamente -- antes de que pierdan su energía. Esto es ciencia excitante fundamental."

El proyecto muestra que el potencial para construir celdas solares con eficiencias que alcanzan aproximadamente 66 por ciento existe, de acuerdo a Aydil.

"Este trabajo es un paso necesario pero no suficiente para construir celdas solares de muy alta eficiencia," comentó. "Proporciona una motivación para los investigadores para trabajar con puntos cuánticos y celdas solares basadas en puntos cuánticos."

El siguiente paso es construir celdas solares con puntos cuánticos y estudiarlas. Pero un gran problema todavía existe: los electrones "calientes" también pierden su energía en forma de dióxido de titanio. Nuevos diseños de celdas solares serán necesarios para eliminar esta pérdida, comentaron los investigadores.

A pesar de todo, "Me comforta comentar que la electricidad obtenida de las celdas solares vá a ser una gran fracción de nuestro suministro de energía en el futuro," destacó Aydil.

La investigación fué fundada principalmente por el Departamento de Energía de los Estados Unidos y parcialmente por la Fundación Nacional de las Ciencias. Fondos previos proporcionados por la Iniciativa para la Energía Renovable y el Medio Ambiente (IREE) también proporcionó soporte a esta investigación. Otros autores del documento fueron Brooke Timp, de la Universidad de Minnesota y Kenrick Williams de la Universidad de Texas - Austin.

Artículo e Imágen cortesía de: News Service Universidad de Minnesota