Desarrolló la célula solar más eficiente del mundo

Energía renovable

31 de mayo de 2022 12:41 Roberto Klatt

Las células solares convencionales tienen una eficiencia de alrededor del 30 por ciento. Una célula solar recientemente desarrollada en Alemania convierte la luz solar en electricidad de manera mucho más eficiente.

Friburgo de Brisgovia (Alemania). Según el acuerdo de coalición entre el SPD, los Verdes y el FDP, el 80 por ciento de la electricidad en Alemania debería provenir de fuentes renovables para 2030. En 2020, la participación de las energías renovables en la producción de electricidad superó el 50 por ciento por primera vez. En 2021, las plantas de energía eólica e hidroeléctrica, así como los sistemas fotovoltaicos en hogares privados y parques comerciales solo podrían generar poco menos del 50 por ciento de la electricidad total debido a las peores condiciones de sol y viento.

Además de la intensidad y el número de horas de sol, la eficiencia es primordialmente decisiva para los módulos fotovoltaicos. Esto indica cuán eficientemente un sistema fotovoltaico puede convertir la luz solar en energía eléctrica. Con las células fotovoltaicas convencionales, la eficiencia es inferior a un tercio. Una gran parte de la energía del sol no se convierte en electricidad. Si se aumentara esta eficiencia, se podría incrementar significativamente el rendimiento eléctrico con la misma superficie de módulos fotovoltaicos.

Las células solares en tándem logran una mayor eficiencia

Las llamadas celdas solares en tándem, en las que varias celdas solares hechas de diferentes semiconductores se apilan una encima de la otra, deberían ayudar aquí. Debido a que cada uno de estos materiales puede usar diferentes rangos espectrales de luz solar para producir electricidad, estas células solares múltiples logran un grado de eficiencia significativamente mayor.

El récord anterior fue del 46,1 por ciento. Sin embargo, los científicos del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE han estado trabajando durante varios años como parte del proyecto 50Percent para aumentar la eficiencia de las células solares en tándem al menos en un 50 por ciento.

Optimización de células solares en tándem

Están buscando nuevas formas de optimizar aún más las capas individuales de las células solares de unión múltiple. Además, los científicos del proyecto también están mejorando el revestimiento antirreflectante de las superficies y los contactos metálicos. Para poder registrar los efectos de sus medidas de optimización, el equipo del proyecto también está desarrollando la tecnología de medición con la que se registra la eficiencia de las células solares de acuerdo con estándares de calibración reconocidos internacionalmente.

Récord de eficiencia a través de células solares dobles en tándem

Según un informe del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE, el equipo del proyecto dirigido por Frank Dimroth ha logrado un primer avance. Los científicos pudieron crear una nueva célula solar que logra una eficiencia del 47,6 por ciento bajo luz solar concentrada. El módulo fotovoltaico supera así la eficiencia del poseedor del récord anterior en un 1,5 por ciento. «Estamos encantados con este resultado», comenta Dimroth.

El nuevo módulo consta de dos células solares en tándem apiladas. La celda solar en tándem superior consta de fosfuro de galio e indio (GaInP) y arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs), la celda solar en tándem inferior consta de fosfuro de arseniuro de galio e indio (GaInAsP) y arseniuro de galio e indio (GaInAs). Gracias a esta combinación de materiales, el módulo solar puede absorber el rango espectral de 300 a 1.780 nanómetros. Las células solares de silicio convencionales pueden utilizar el rango espectral hasta alrededor de 1.200 nanómetros.

Uso en zonas soleadas

Según los desarrolladores, la nueva eficiencia récord muestra que aún se puede aumentar la eficiencia de múltiples células solares. «Con la energía fotovoltaica en tándem, es posible dejar atrás los límites de las células solares individuales y, en última instancia, lograr una reducción en los costos de electricidad solar», dice Stefan Glunz.

«Las posibles aplicaciones de estas células solares en tándem altamente eficientes incluyen sistemas fotovoltaicos de concentración, que contribuyen a la generación de energía eficiente en países ricos en luz solar», explica Glunz. Estos son sistemas en los que la luz solar entrante está fuertemente concentrada por lentes.