Los paneles solares en el mercado hoy día se componen de células hechas de un único material semiconductor, generalmente silicio. Dado que el material absorbe solo una estrecha banda del espectro solar, gran parte de la energía de la luz del sol se pierde en forma de calor: estos paneles típicamente convierten menos del 20 por ciento de esa energía en electricidad. Sin embargo, el dispositivo que Atwater y sus colegas tienen en mente poseería una eficacia de al menos el 50 por ciento. Utilizaría un diseño que divide de manera eficiente la luz solar, al igual que lo hace un prisma, en entre seis y ocho componentes de longitudes de onda, cada uno de los cuales produce un color de luz diferente. A continuación cada color sería dispersado a una célula hecha de material semiconductor capaz de absorberlo.
El equipo de Atwater está trabajando en tres diseños. En uno de ellos (en la ilustración), para el que el grupo ha creado un prototipo, la luz del sol se recoge mediante un comedero metálico reflectante y se dirige a un ángulo específico en una estructura hecha de un material aislante transparente. Múltiples células solares recubren la parte exterior de la estructura transparente, y cada una está compuesta por entre seis y ocho semiconductores diferentes. Una vez que la luz entra en el material, se topa con una serie de delgados filtros ópticos. Cada uno permite que un único color pase a través de ellos para iluminar una célula capaz de absorberlo; los colores restantes se reflejan hacia otros filtros diseñados para permitir que pasen por ellos.
Otro diseño emplearía filtros ópticos a nanoescala que podrían filtrar la luz procedente desde todos los ángulos. Y un tercero utilizaría un holograma en lugar de filtros para dividir el espectro. Aunque los diseños son diferentes, la idea básica es la misma: combinar células de diseño convencional con técnicas ópticas para aprovechar de manera eficiente el amplio espectro de la luz solar y desperdiciar mucha menos energía.
Aún no está claro qué diseño ofrecerá el mejor rendimiento, asegura Atwater. Sin embargo, los dispositivos previstos resultarían menos complejos que muchos productos electrónicos existentes en el mercado hoy día, afirma, y confía en que una vez que se fabrique y optimice un prototipo convincente, podría ser comercializado de una manera práctica.
Alcanzar niveles de ultraeficiencia en los diseños solares debe ser un objetivo primordial de la industria, afirma Atwater, ya que actualmente es "el mejor motivo que tenemos" para reducir el coste de la energía solar. Los precios de los paneles solares se han desplomado en los últimos años, por lo que seguir centrándose en hacer que sean menos costosos tendría poco impacto en el coste total de un sistema de energía solar. Los gastos relacionados con cosas como el cableado, la tierra, los permisos y la mano de obra hoy día constituyen la gran mayoría de dicho coste. Crear módulos más eficientes haría que fueran necesarios menos paneles para producir la misma cantidad de energía, por lo que los costes de instalación de hardware podrían reducirse en gran medida. "Dentro de unos años", señala Atwater, "no tendrá ningún sentido trabajar en tecnología que tenga niveles de eficiencia menores al 20 por ciento".