Superredes de pozos cuánticos para un nuevo récord mundial de eficiencia
Científicos estadounidenses han fabricado una célula solar de triple unión que ha alcanzado una eficiencia del 39,5%

Un grupo de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EE.UU. ha establecido un nuevo récord mundial de eficiencia de una célula solar bajo iluminación normal sin concentrador, logrando un 39,5% con su célula basada en tres capas de materiales III-V.

El nuevo récord supera el anterior del NREL, que era del 39,2%, y gracias a varias innovaciones el grupo ha podido simplificar enormemente el dispositivo, al contar con tres uniones en lugar de las seis anteriores. El anterior récord para una célula solar de tres uniones lo estableció Sharp Corporation en 2013, con un 37,9%.

La célula se describe en su totalidad en el artículo «Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices«, publicado recientemente en Joule. El grupo combinó capas de galio-indio-arseniuro (GaInAs), arseniuro de galio (GaAs) y galio-indio-fosfuro (GaInP) para crear un dispositivo que pudiera absorber un amplio segmento del espectro solar.

La clave de este enfoque fue el último trabajo del NREL sobre los «pozos cuánticos», que permitió ajustar mejor cada capa para que absorbiera una parte diferente del espectro solar. «Aunque el GaAs es un material excelente y se utiliza generalmente en las células multijuntivas III-V, no tiene el bandgap adecuado para una célula de tres uniones, lo que significa que el equilibrio de las fotocorrientes entre las tres células no es óptimo», explica Ryan France, científico principal y diseñador de células en el NREL. «Aquí hemos modificado el bandgap manteniendo una excelente calidad de material mediante el uso de pozos cuánticos, lo que permite este dispositivo y potencialmente otras aplicaciones».

Los pozos cuánticos son finas nanoestructuras insertadas en las capas de la célula para alterar la banda prohibida y otras propiedades. Gracias a ellos, el grupo pudo elevar el bandgap de la capa intermedia de la célula de GaAs, para maximizar su rendimiento al unísono con las otras dos. Aunque el fenómeno de los QW no es un descubrimiento nuevo, los diversos retos que plantea trabajar con estos materiales a escala de unos pocos nanómetros han limitado sus beneficios prácticos en investigaciones anteriores.

Espectro espacial

El grupo reconoció que, al menos por ahora, los procesos y materiales con los que está trabajando en estas células son demasiado complejos y caros para la mayoría de las aplicaciones solares convencionales. Aunque el NREL está trabajando en algunos métodos diferentes que podrían reducir drásticamente estos costes, por ahora la alimentación de satélites y otras tecnologías espaciales -en las que las limitaciones de espacio hacen que el coste pase a un segundo plano frente a la eficiencia- son la única aplicación probable para cualquier tipo de célula solar basada en estos materiales «III-V», llamados así por su agrupación en la tabla periódica.

El NREL también midió sus células de pozo cuántico de triple unión bajo el espectro de luz con el que tendrían que trabajar fuera de la atmósfera terrestre, y alcanzó una medición de principio de vida del 34,2%, lo que, según señala, es también un récord mundial para una célula de tres uniones bajo este espectro.


Superredes de pozos cuánticos para un nuevo récord mundial de eficiencia
Reneworks Energy S de RL de CV 27 mayo, 2022
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