Los diferentes colores que forman la luz solar tienen diferentes energías y un solo semiconductor no pueda responder de la misma manera a la gama completa de radiación, que va desde la luz infrarroja de baja a energía a los rayos ultravioleta de alta energía, pasando por la luz visible que podemos ver.
Según Wladek Walukiewicz, que dirige el Grupo de Investigación de Materiales de la División de Ciencias (MSD) de la Universidad de Berkeley (EEUU), dado que no existe un material sensible a todas las longitudes de onda, el principio subyacente de una célula que opere con éxito todo el espectro de luz solar es la combinación de distintas capas de semiconductores con diferentes carencias de energía.
De esta manera este tipo de células pueden lograr una mayor eficiencia de conversión total porque pueden transformar una fracción más grande del espectro luminoso en electricidad.
Aunque es posible construir células que responden a todo el espectro solar mediante distintas técnicas (son conocidas como células multiunión, "de cascada" o " de tándem"), sin embargo no son adecuadas para su fabricación a gran escala por el precio final con el que llegan al consumidor.
Ahora Wladek Walukiewicz y sus colegas han logrado fabricar una célula solar que no sólo responde a prácticamente a todo el espectro solar entero, sino que también puede manufacturarse fácilmente utilizando las técnicas de fabricación de semiconductores más comunes.
Los investigadores encontraron en 2002 que mediante el ajuste de las cantidades de indio y de galio en una misma aleación (el nitruro de indio-galio) cada mezcla diferente se convertía en un tipo distinto de semiconductor que respondía a diferentes longitudes de onda.
Apilando varias capas cristalinas de esta aleación, todas de naturaleza muy similar pero con un contenido diferente de indio, hicieron un dispositivo fotovoltaico que era sensible al espectro solar completo.
En este caso, la aleación que han utilizado es nitruro de arseniuro de galio, de composición muy similar a uno de los semiconductores más familiares en energía solar, el arseniuro de galio. Mediante la sustitución de algunos de los átomos de arsénico con nitrógeno, se crea una tercera banda de energía que permite al conjunto responder a todo el espectro solar.
La buena noticia es que la aleación se puede fabricar por deposición química metalorgánica de vapor (MOCVD), uno de los métodos más comunes de fabricación de semiconductores compuestos.
Una célula solar de una sola capa puede alcanzar un máximo del 30% de eficiencia en la conversión de la luz a electricidad. Pero mediante el apilamiento de diferentes capas para capturar fotones a todas las energías, se puede llegar a mejorar la eficiencia aproximadamente hasta el 70%.
Estos resultados prometen una nueva era de células solares ultra-eficientes que serán fáciles y, sobre todo, baratas de fabricar, el principal Talón de Aquiles que nos separa de la generación solar de alto rendimiento.
Más info: Universidad de Berkeley
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