Las células solares convencionales están ajustadas para convertir la luz de una única longitud de onda en electricidad, y el resto del espectro solar o bien pasa a través de ellas o se convierte de forma ineficiente. Para aprovechar un mayor porcentaje de la energía de la luz del sol, a veces los fabricantes agrupan materiales diseñados para capturar las diferentes partes del espectro. Una célula de dos capas, conocida como célula en tándem, en teoría puede alcanzar un 42 por ciento de eficiencia, en comparación con el rendimiento máximo teórico del 31 por ciento de las células con una sola capa.
En la célula de los investigadores de Toronto, una capa de puntos cuánticos se ajusta para captar la luz visible y la otra para captar la luz infrarroja. Los investigadores también encontraron una manera de reducir la resistencia eléctrica entre las capas, un problema que puede limitar la potencia de salida de una célula de dos capas. Introdujeron una capa de transición, compuesta de cuatro películas de óxidos de metales diferentes, que mantiene la resistencia "baja y adecuada", afirma Ted Sargent, profesor de ingeniería eléctrica e informática que dirigió la investigación en la Universidad de Toronto. Los investigadores eligieron óxidos transparentes para esta capa, lo que permite que la luz pase a través de ella hasta la célula de abajo.
El resultado, que se describe esta semana en la revista Nature Photonics, es una célula tándem que captura una amplia gama del espectro, y tiene una eficiencia del 4,2 por ciento. Sargent explica que el enfoque se puede utilizar para hacer capas triples, e incluso cuádruples, lo que podría ser incluso mejor. El objetivo del equipo es superar el 10 por ciento de eficiencia en cinco años y seguir mejorando a partir de ahí. Los paneles solares convencionales tienen alrededor del 15 por ciento de eficiencia, aunque las células de puntos cuánticos con un poco menos de eficiencia todavía podrían arrojar ventajas en términos de costes totales para la energía solar si se demuestra que son significativamente menos costosas de fabricar.
John Asbury, profesor de química en la Universidad Estatal de Pensilvania, afirma que al abrir la posibilidad de crear células de múltiples capas de puntos cuánticos, el equipo de la universidad ha incrementado la eficiencia teórica de la tecnología del 30 por ciento a casi el 50 por ciento. Sin embargo, acercarse a esos tipos de eficiencia requerirá una gran cantidad de trabajo para eliminar los "estados atrapados", lugares dentro de los materiales de puntos cuánticos donde los electrones se pueden atascar. "El problema con los puntos cuánticos es que los electrones tienen una alta probabilidad de no llegar a los electrodos donde pueden ser recogidos, y eso ha limitado su eficiencia", afirma. "Lograr un verdadero impacto requiere el desarrollo de estrategias para controlar los estados atrapados".