Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Wyoming ha demostrado que mediante el uso de unos novedosos nanomateriales llamados puntos cuánticos, podría ser posible exceder estos límites y producir células solares ultraeficientes.
La limitación teórica de las células solares tiene que ver con la cantidad muy variable de energía de que disponen los fotones de la luz solar. Esta cantidad varía en función del color de la luz. Sin importar cuán energéticos sean los fotones entrantes, las células solares sólo pueden convertir un fotón en un electrón con una cantidad definida de energía. Toda la energía extra se pierde en forma de calor. Los científicos tienen la hipótesis de que los puntos cuánticos, debido a sus propiedades electrónicas inusuales, podrían convertir parte de esta energía extra en electrones. Ellos han calculado que este enfoque podría aumentar la eficiencia máxima teórica de las células solares en aproximadamente un 50 por ciento.
Las pruebas iniciales de la idea fueron alentadoras, pero no concluyentes. Los investigadores no pudieron medir directamente los electrones adicionales porque su tiempo de vida era demasiado breve para encontrar la forma de salir del material e introducirse en el circuito. El avance clave de los investigadores de Wyoming fue modificar la química superficial de los puntos cuánticos y del electrodo de dióxido de titanio al que están fijados, creando así un fuerte vínculo que permite a los electrones escapar de los puntos cuánticos en tan sólo unas pocas trillonésimas de segundo. De esta forma y por primera vez, los investigadores pudieron medir directamente la producción de electrones adicionales en las células solares.
Este avance es importante por dos razones. En primer lugar, demuestra que es posible utilizar los electrones adicionales para generar una corriente eléctrica, lo que es esencial si tienen que ser de alguna utilidad en una célula solar. En segundo lugar, las mediciones indican que los puntos cuánticos son más eficaces en la generación de electrones adicionales de lo que algunos investigadores pensaban--cerca de tres veces mejor para algunas longitudes de onda de la luz, si los resultados son precisos, señala Eran Rabani, profesor de química de la Universidad de Tel Aviv. El rendimiento, sin embargo, todavía no es lo suficientemente bueno para el desarrollo de células solares ultraeficientes, afirma él. Bruce Parkson, profesor de química de la Universidad de Wyoming quien dirigió el trabajo, está de acuerdo. "No es óptimo. Éste es sólo un primer paso", acepta él.
Quedan pendientes dos importantes obstáculos antes de que este método pueda ser utilizado para fabricar células solares ultraeficientes. Parkinson utilizó puntos cuánticos de sulfuro de plomo con un electrodo cristalino de dióxido de titanio. Los investigadores tienen que probar otras combinaciones de puntos cuánticos y materiales de electrodo para encontrar los que pueden convertir más fotones en múltiples electrones. Parkinson afirma que su nuevo método para la creación de células solares de puntos cuánticos les ayudará probar estas combinaciones directamente.
Los investigadores también tienen que aumentar la cantidad total de luz que las células solares de puntos cuánticos son capaces de absorber. En las células experimentales, la capa de puntos cuánticos es tan delgada que la mayor parte de la luz pasa a su través sin ser absorbida. Parkinson, señala que un posible próximo paso sería fijar los puntos cuánticos a un material poroso con una gran superficie, dándoles de esta forma una mayor oportunidad de absorber la luz, manteniendo el camino para que los electrones puedan escapar rápidamente.