Científicos alemanes han desarrollado un nuevo método para fabricar células fotoeléctrcas que puede ser clave para conseguir paneles solares mucho más eficientes y duraderos.
Un equipo de investigadores de la Universidad Martín Lutero (MLU), en Alemania, ha desarrollado un nuevo método a base de cristales ferroeléctricos que puede abrir la puerta a paneles solares más duraderos y muchísimo más eficientes.
La mayoría de las células fotoeléctricas que integran los paneles solares comerciales están hechas a base de silicio. Este material se viene utilizando desde hace tiempo porque es barato y relativamente eficiente, aunque no demasiado. Además, varios investigadores ya han alertado de que este tipo de células a base de silicio está alcanzando su límite y hay que buscar nuevos materiales.
Entre los posibles sustitutos que está estudiando la comunidad científica están algunos cristales ferroelélctricos como el titanato de bario o el óxido mixto de bario y titanio. Estos materiales llevan tiempo suscitado mucho interés debido al alto voltaje que son capaces de conseguir.
«Ferroeléctrico significa que el material tiene cargas positivas y negativas separadas espacialmente», explica Akash Bhatnagar, investigador de la MLU y autor principal del estudio. «La separación de cargas da lugar a una estructura asimétrica que permite generar electricidad a partir de la luz».
Los científicos alemanes llevan tiempo trabajando con estos materiales y han publicado sus resultados en la revista Science Advances. En su estudio demuestran que al colocar alternativamente capas de cristales de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio se consigue aumentar considerablemente la eficiencia de los paneles solares.
Una mezcla de componentes mil veces más eficiente
Los investigadores observaron que el titanato de bario en estado puro absorbe muy poca luz y genera poca corriente eléctrica. Lo que les llevó a experimentar con diferentes combinaciones de materiales.
El equipo observó que el efecto fotovoltaico aumenta considerablemente si la capa ferroeléctrica se alterna no sólo con una, sino con dos capas paraeléctricas diferentes. «Incrustamos el titanato de bario entre el titanato de estroncio y el titanato de calcio”, explica Yeseul Yun, otra de las autoras del estudio. “Así pudimos obtener un material de 500 capas de unos 200 nanómetros (0.0002 mm) de grosor».
En mediciones realizadas por los investigadores observaron que el flujo de corriente con esta disposición de materiales era 1,000 veces más fuerte que usando el titanato de bario puro de un grosor similar. Estos resultados sorprendieron incluso a los científicos que en sus pruebas habían reducido a casi dos tercios la cantidad de titanato de bario como principal componente fotoeléctrico de la nueva combinación.
También, descubrieron que esta nueva mezcla de materiales resulta en unas células fotoeléctricas muy robustas que pueden mantener el mismo nivel de eficiencia durante más de seis meses.
Los investigadores todavía están averiguando por qué se produce este impresionante flujo eléctrico en este material. Aunque tienen claro que el potencial demostrado por este método puede aplicarse a un nuevo tipo de paneles solares. «La estructura de capas muestra un mayor rendimiento en todos los rangos de temperatura que los ferroeléctricos puros. Además, los cristales son mucho más duraderos y no requieren un embalaje especial», afrima Bhatnagar.
A parte de los cristales forroeléctricos, otro material que tiene revolucionada a la comunidad científica es la perovskita. «Yo diría que las perovskitas son una de las oportunidades más interesantes para las células solares en el futuro inmediato», afirma para la NBC David Mitzi, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Duke.
Este material puede recoger la energía solar él solo o junto a las células de silicio convencionales, aumentando su eficiencia del 29% al 40% o incluso por encima del 50% según algunos estudios. La perovskita es un mineral que se está estudiando mucho y que por ahora ofrece una eficiencia energética similar al silicio, aunque ofrece muchas más ventajas. Entre otras cosas, fabricar paneles solares de perovskita es más fácil que con las células de silicio. Además, puede dar lugar a paneles tan finos como hojas de papel o, incluso, puede usarse para fabricar paneles solares totalmente transparentes. Esto permitiría implementarlos en ventanas, en el chasis de coches y otros medios de transporte o incluso en materiales textiles que generen energía.