Su objetivo es una eficiencia de conversión de más del 50 por ciento, más del doble de la cantidad de energía generada por un panel solar de un tamaño dado. Esto reduciría el número de paneles solares necesarios a la mitad y, potencialmente, haría que la energía solar fuera más competitiva en comparación con los combustibles fósiles.
En la nueva iniciativa de investigación, Harry Atwater, profesor de física aplicada y ciencias de los materiales en Caltech (EE.UU.), planea utilizar materiales estructurados para clasificar con precisión la luz solar en ocho a diez colores diferentes, y dirigirlos a células solares con semiconductores que estén perfectamente adaptadas a cada color. Como resultado, la mayor parte del espectro solar será absorbida y la energía contenida en cada clasificación del espectro se convertirá en su mayor parte en electricidad, en vez de en calor.
La idea general de clasificar según el color la luz del sol no es algo nuevo. Uno de los distintos intentos que se han hecho en esta línea implica el cultivo de múltiples materiales de semiconductor apilados. La luz se desplaza a través de la pila hasta que es absorbida por un semiconductor que pueda convertirla de manera eficiente. Este enfoque ha producido células solares comerciales con una eficiencia de más del 43 por ciento. Sin embargo, el proceso para la fabricación de tales células solares es caro, y la potencia de salida del dispositivo está limitada por la capa de peor rendimiento.
Ha habido otros intentos de clasificar la luz en varios colores utilizando lentes convencionales, espejos y filtros, pero los prototipos han resultado voluminosos y no han alcanzado eficiencias muy altas, en parte debido a la poca precisión de los elementos ópticos. Está probado que resulta difícil dirigir exactamente las longitudes de onda de luz correctas a cada célula solar. También ha sido difícil dividir la luz en más de un par de colores diferentes en un solo dispositivo.
No obstante, en los últimos años, diversos científicos han logrado mejorar la manipulación de la luz a una escala muy pequeña, clasificándola por color, atrapándola y guiándola de un lugar a otro usando capas delgadas de material que incorporan características diminutas que a menudo son más pequeñas que la longitud de onda de la luz. Atwater planea aprovechar estos avances para manipular la luz con precisión y hacerlo en un paquete compacto y plano con un aspecto no muy diferente al de un panel solar convencional. Una capa dividiría la luz, ordenándola por color, y luego la llevaría a una segunda capa con una matriz de células solares adaptadas a cada color.
El desafío de este enfoque es que nadie fabrica estos materiales estructurados con tal precisión, en grandes áreas y en los grandes volúmenes necesarios dentro de la industria solar. Sin embargo, Atwater compara el dispositivo con un televisor de pantalla plana (que en sí es un sofisticado dispositivo para la manipulación de la luz) con sus millones de transistores para activar y desactivar diferentes píxeles de colores.
"Los primeros que salieron costaban muchos miles de euros y tenían defectos. Ahora puedes comprar uno por menos de cien euros, prácticamente perfecto y los costes cada vez bajan más", señala. "Las pantallas planas son un ejemplo de algo que se encuentra a la escala de un panel solar, pero son circuitos optoelectrónicos increíblemente complejos. Lo que estamos proponiendo es algo primitivo bajo ese estándar", añade.
Atwater afirma que las herramientas de producción necesarias para crear sus materiales nanoestructurados están empezando a entrar en el mercado. No obstante, seguirán siendo caras siempre y cuando los volúmenes de producción sean bajos. Los investigadores también están haciendo cada vez más factible la capacidad para crear láminas delgadas de semiconductores diferentes y para transferirlos a un dispositivo como el que él tiene en mente.