Célula solar con 114% eficiencia cuántica externa

Científicos del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL – EEUU) ha informado que se ha desarrollado “la primera célula solar que produce una fotocorriente que tiene una eficiencia cuántica externa de más de 100 por ciento cuando es fotoexcitada con los fotones de la región de alta energía del espectro solar”. Intentaremos explicar qué es esto:

La eficiencia cuántica externa de fotocorriente, generalmente se expresa como un porcentaje, es el número de electrones que fluyen por segundo en el circuito externo de una célula solar, dividido por el número de fotones por segundo de una energía específica (o longitud de onda) que entran en la célula solar . Ninguna de las células solares hasta la fecha muestran fotocorriente de eficiencia cuántica externa de más de 100 por ciento, a cualquier longitud de onda en el espectro solar.

La eficiencia cuántica externa alcanzó un valor máximo de 114 por ciento. Es un paso prometedor hacia el desarrollo de células solares de nueva generación para la electricidad de origen solar y de combustibles solares que serán aún más competitivos, o quizás menos costosa que la energía procedente de combustibles fósiles o nucleares.

Un artículo sobre el descubrimiento aparece el 16 de diciembre en la revista Science. Bajo el título “Pico fotocorriente de eficiencia cuántica externa de más de 100 por ciento a través de MEG en una celda Quantum Dot Solar“, en el que participan los científicos del NREL.

El mecanismo para la producción de una eficiencia cuántica por encima de 100 por ciento de los fotones solares se basa en un proceso conocido como “Multiple Exciton Generation” (MEG), en el que un solo fotón de energía absorbida suficientemente elevada, puede producir más de un par electrón-hueco por fotón absorbido.

Arthur J. Nozik, científico del NREL, predijo en una publicación de 2001, que MEG sería más eficiente en puntos cuánticos semiconductores que en los semiconductores a granel. Los puntos cuánticos son pequeños cristales de semiconductores, con un tamaño de un nanómetro (nm) de 1-20 nm, donde 1 nm equivale a una mil millonésima de un metro.

Los puntos cuánticos, limitando los portadores de carga dentro de sus pequeños volúmenes, puede cosechar el exceso de energía que de otro modo se perdería en forma de calor y por lo tanto, aumentar considerablemente la eficiencia de los fotones de la conversión en energía libre utilizable.

Los investigadores lograron el 114 por ciento de eficiencia cuántica externa con una celda en capas de antireflejos de vidrio recubiertos con una fina capa de un conductor transparente, una capa de óxido de zinc nanoestructurados, una capa de puntos cuánticos de seleniuro de plomo tratados con ethanedithol y la hidracina, y una fina capa de oro para el electrodo superior.

En una publicación de 2006, los científicos del NREL Mark Hanna y J. Arthur Nozik mostró que MEG ideal en las células solares basadas en puntos cuánticos podría aumentar el poder teórico termodinámico eficiencia de conversión de células solares en aproximadamente un 35 por ciento en relación con las células solares convencionales de hoy en día. Por otra parte, la fabricación de células solares de Quantum Dot es también susceptible de bajar costes.

Os dejamos a continuación un vídeo de una conferencia de presentación de la evolución del proyecto:

Fuentes: CleanTehnica , NREL , Science