Las células solares de película fina son menos caras que los componentes fotovoltaicos sobre obleas, aunque no son tan eficientes a la hora de convertir la energía de la luz solar en electricidad. Una startup con sede en Newton, Massachusetts, está desarrollando un diseño nanoestructurado que supera uno de los mayores obstáculos relacionados con el rendimiento de las células solares de película fina. Solasta fabrica sus productos sobre matrices de nanopilares, en vez de sobre áreas planas, aumentando así la eficiencia de las células de silicio amorfo hasta alrededor de un 10 por ciento—aún menos que los paneles de silicio cristalino, pero más que los paneles de silicio amorfo y película fina que se encuentran hoy día en el mercado. La compañía afirma que el diseño no requerirá un nuevo tipo de equipamiento o materiales y que otorgará la licencia de su tecnología a los fabricantes de silicio amorfo a finales de este año.

La arquitectura solar de Solasta elimina las descompensaciones entre el grosor o la delgadez dentro del diseño de células solares de película fina gracias a la separación de la vía de los electrones de la vía de los fotones. La luz tiende a reflejarse en las células de película fina sin ser absorbida. Cuando más gruesa sea la capa activa de una célula, más luz incidente podrá recolectar, y más electrones libres generará. Sin embargo cuanto más gruesa sea la capa activa, menos electrones libres lograrán salir de la célula.

Las células diseñadas por Solasta están construidas sobre un sustrato con nanopilares largos, delgados y colocados de forma vertical. En primer lugar los pilares se recubren con metal, después con una fina capa de material semiconductor, como por ejemplo el silicio amorfo, y más tarde con una capa de óxido conductivo transparente. Aunque la capa de silicio es fina, aún así el fotón tienen un relativamente largo camino por recorrer a través de la longitud de los pilares, y aumenta la probabilidad de que transfiera su energía a un electrón. Después, los electrones libres viajan de forma perpendicular sobre una vía muy corta hasta el metal en el núcleo de cada pilar, y salen por este polo eléctrico fuera de la célula. “Los electrones nunca tienen que viajar a través del material fotovoltaico,” señala Zhifeng Ren, profesor de física del Boston College. “Tan pronto como son generados, van al metal.” Ren fundó Solasta con los profesores Michael Naughton y Krzysztof Kempa.

Hay otros grupos que también están intentando incrementar las eficiencias de las células solares de película fina mediante la creación de nanoestructuras que proporcionen vías separadas para los electrones y los fotones. Sin embargo la ventaja del sustrato de nanopilares de Solasta es que resulta compatible con las técnicas de manufactura utilizadas para crear las células solares de película fina de hoy día, que en su mayor parte se construyen sobre cristal mediante el uso de técnicas de deposición química de vapor. “Otorgaremos la licencia a los fabricantes actuales de película fina y les proporcionaremos un incremento en el rendimiento sin tener que cambiar de equipamiento,” señala Mike Clary, director general de Solasta. “Existen otros grupos trabajando con superficies nanoestructuradas para mejorar el rendimiento de una forma u otra, pero no existe nada parecido a estos niveles de eficiencia o que esté tan próximo a la comercialización,” añade Clary.

Hasta ahora los prototipos de Solasta se han llevado a cabo sobre células pequeñas. Durante los próximos meses, la compañía trabajará para escalar su células hasta alcanzar el tamaño de las de película fina convencionales. La compañía también está poniendo a prueba distintos materiales para el sustrato, incluyendo nanocables de polímero, con el objetivo de determinar qué material proporciona una escalabilidad a grandes áreas y, al mismo tiempo, soporta los mejores niveles de eficiencia. Naughton, el director tecnológico de la compañía, afirma que el concepto funcionará con cualquier material solar de película fina, aunque en primer lugar la compañía se está enfocando en el silicio amorfo.

La tecnología de nanopilares tiene otra ventaja además de la eficiencia al ser aplicada a las células de silicio amorfo. “Las células de silicio amorfo se degradan bajo la luz solar prolongada, reduciendo su eficiencia entre un 20 y un 30 por ciento,” señala Naughton. Sin embargo esta degradación es mucho menos pronunciada en células cuyo grosor esté por debajo de alrededor de 100 nanómetros, como las de Solasta, que deberían mantener mejor su rendimiento a lo largo de su ciclo vital.

La compañía también desarrollará la arquitectura de nanopilares para nuevos tipos de células solares que tomen ventaja del fenómeno cuántico a nanoescala. Los investigadores del Boston College demostraron recientemente que las células solares ultra delgadas pueden permitir que electrones “calientes” con niveles de energía muy altos abandonen la célula. Incluso en las células finas, no obstante, estos electrones tienden a perder su energía antes de poder escapar. Con la esperanza de que la arquitectura de vía dual de sus nanopilares solucione estos problemas de absorción, Solasta trabajará en el desarrollo de células solares de nanopilares con capas de silicio ultra delgadas.