“Hasta ahora todos los cables han poseído eficiencias del 1 ó el 2 por ciento [a nivel de la matriz] con dudas fundamentales sobre si podrían alcanzar cifras más altas,” afirma Nathan Lewis, químico en Caltech y coautor del estudio, que aparece en Science. “Hemos demostrado una eficiencia del 3 por ciento, así como que no hay razones fundamentales por las que no se pudiese alcanzar rendimientos de más del 10 por ciento.”
Los nanocables de silicio, o en este caso los microcables de diámetro ligeramente más grande, se cultivan normalmente a partir de un sustrato de silicio con la ayuda de diminutas gotas de oro. Bajo altas temperaturas, de cada gota surge rápidamente un único cable como si fuera una hoja de césped. El oro es un excelente catalizador para el cultivo de cables, aunque también aporta impurezas que, generalmente, se cree que pueden llegar a inhibir el transporte de electrones dentro de los cables, reduciendo su eficiencia general.
Mediante el uso de cobre en vez de oro como catalizador, Lewis y sus colegas han alcanzado casi el doble de eficiencia en comparación con los intentos anteriores en una matriz de cables. Creen que los resultados se deben a una mayor pureza del silicio y una capacidad de transporte de electrones mayor, en comparación con los intentos anteriores dependientes de catalizadores de oro.
Dentro de lo que denominan como estudio de prueba de concepto, los investigadores mantuvieron la “fracción de empaquetado” de su matriz a un 4 por ciento. El empaquetado es una medida que señala qué cantidad de la superficie de una matriz posee cables saliendo de ella. Una fracción de empaquetado del 4 por ciento significa que el 96 por ciento de la superficie de la matriz no tiene cables y por tanto es incapaz de capturar la luz del sol y convertirla en electricidad. Lewis afirma que simplemente con incrementar la fracción de empaquetado hasta un 15 ó 20 por ciento resultaría en una eficiencia cuatro veces mayor.
Hay quienes dudan que esto pueda ser tan sencillo. “Si es tan fácil, ¿por qué no se ha hecho hasta ahora?” pregunta Ray LaPierre, profesor en el departamento de ingeniería física en la Universidad McMaster de Ontario. LaPierre señala que el incremento de la fracción de empaquetado es técnicamente posible a través de una técnica conocida como “fotolitografía,” aunque sería enormemente caro para la producción de células solares a nivel comercial.
LaPierre considera que otro problema potencial que podría evitar conseguir eficiencias mayores es la capacidad de transporte de electrones de los cables. Cuando los fotones de la luz solar son capturados por un cable, producen electrones que deben escapar del material para así producir una corriente eléctrica. Los electrones, no obstante, terminan siendo atrapados fácilmente dentro de la superficie de los cables, con lo que se reduce la eficiencia en general. Las células solares de película fina también tienen que superar este problema, aunque el problema es especialmente grave en las células de cables finos puesto que poseen un área de superficie por volumen mucho más grande que las películas planas.
Sin embargo, los cables que Lewis y sus colegas han cultivado tienen un diámetro de 1,6 micrómetros, tres órdenes de magnitud más gruesos que los nanocables de las células solares típicas. Los microcables de mayor grosor poseen un área de superficie más baja en proporción al volumen que, según los modelos llevados a cabo por el grupo, aumenta la capacidad de transporte de electrones de los cables.
Matthew Beard, científico senior del Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado, afirma que el área de superficie relativamente más alta de los cables podría jugar a favor de la conversión de la energía solar en fuel de hidrógeno. El mayor área de superficie y bajo coste de las materias primas de los microcables de silicio significa que podrían utilizarse directamente como electrodos para hidrolizar el agua en hidrógeno.
Aún así, Beard afirma que la tecnología solar de microcables no lo tendrá fácil a la hora de competir como fuente de energía contra las películas finas disponibles en la actualidad, que resultan relativamente económicas y alcanzan eficiencias del 10 o el 12 por ciento. Sin embargo Beard añade que el silicio, la materia prima de los cables, está más disponible que los metales como el cadmio y el telurio que componen las películas finas más eficientes disponibles en la actualidad. “Esta tecnología aún tiene mucho camino por recorrer, aunque en potencia puede resultar competitiva, puesto que el silicio es más abundante que esos materiales y el potencialmente más barato,” afirma.