¿Cómo fabricar la mejor célula solar del mundo?

Si hubiéramos recolectado toda la energía de la luz solar que golpea la tierra en media hora, ¡podríamos haber cubierto todo el consumo de energía de la humanidad durante todo un año! Las células solares son cada vez mejores, más baratas y más comunes, pero todavía no pueden utilizar más de una quinta parte de la energía que las recibe. En este artículo, veremos algunas de las razones por las que es tan difícil utilizar toda la energía de la luz solar y por qué las células solares seguirán siendo una parte importante de la producción de energía mundial en el futuro.

Para satisfacer nuestro apetito cada vez mayor por la energía sin destruir el medio ambiente, es muy importante que podamos utilizar la energía de la luz solar de una manera directa, barata y eficiente. Indirectamente, el sol hace que llueva en los embalses y sople sobre las turbinas eólicas. Incluso el petróleo bajo tierra es luz solar almacenada de hace millones de años. Sin embargo, la forma más elegante de convertir la luz solar en energía es a través de una célula solar: la luz solar entra en la célula solar y transfiere su energía a un electrón. Una vez que los electrones se «sueltan», pueden moverse en el material y podemos usar un campo eléctrico para barrerlos y llevarlos a un circuito exterior. La figura de la derecha muestra una ilustración esquemática de cómo funciona la celda solar. De esta forma, la célula solar crea energía eléctrica de alta calidad que puede enviarse directamente a la red eléctrica. No hay partes móviles desgastadas. Una vez instalado, el panel solar puede producir electricidad durante al menos 30 años, probablemente incluso más, como en el caso de los paneles solares en las palmas.

La mayoría de las células solares actuales están hechas del elemento silicio y tienen una eficiencia (proporción de energía utilizada de la luz solar) de entre el 17% y el 25%. Se están gastando grandes recursos en investigación y desarrollo tanto para abaratar las células solares como para mejorar esta eficiencia, de modo que la energía solar pueda volverse competitiva en cada vez más lugares. Para comprender cómo podemos hacer que las células solares sean más eficientes, es importante comprender a dónde va la energía perdida. En términos generales, podemos dividir esta pérdida de energía en dos categorías. Primero, no podemos recolectar todos los electrones que se sueltan dentro de la celda solar. Los electrones que se recolectan también pierden parte de su energía al salir al circuito eléctrico. En segundo lugar, es difícil absorber toda la luz dentro de la celda solar, tampoco es posible utilizar todos los diferentes colores del espectro solar con la misma eficacia. El primer punto, que trata sobre losLas propiedades eléctricas de las células solares son un gran campo en sí mismas, pero en este artículo solo nos concentraremos en el segundo punto que trata sobre la luz. ¿Cómo podemos absorber tanta luz como sea posible y por qué es tan difícil exprimir toda la energía de la luz del sol?