Los científicos están cerca de dar un poderoso impulso a la próxima generación de células solares mediante la integración de un proceso que descompone las partículas de luz (fotones) en fragmentos más pequeños, haciendo que la tecnología sea más eficiente.
En un estudio publicado hoy, el Dr. La naturaleza es química.Los investigadores descubren una comprensión científica de lo que sucede cuando las partículas de luz se dividen (un proceso llamado fisión singlete) y sus mecanismos subyacentes.
El investigador principal, el profesor Tim Schmidt de la Facultad de Química de la UNSW Sydney, ha estudiado la fisión singlete durante más de una década. Dice que el proceso puede implementarse y aplicarse para mejorar la tecnología existente de células solares de silicio.
“Las células solares actuales funcionan absorbiendo fotones que son absorbidos por los electrodos para realizar el trabajo”, afirma el profesor Schmidt.
“Pero como parte de este proceso, gran parte de esta luz se desperdicia en forma de calor. Por eso los paneles solares no funcionan con plena eficiencia”.
Casi todos los paneles solares fotovoltaicos que existen actualmente en el mercado están fabricados de silicio. El coautor Profesor Ned Ekins-Ducks, de la Escuela de Ingeniería Fotovoltaica y Energías Renovables de la UNSW, dijo que aunque la tecnología ahora es barata, está cerca de sus límites fundamentales en términos de rendimiento.
“La eficiencia de un panel solar representa la fracción de energía suministrada por el sol que puede convertirse en electricidad”, afirma el profesor Ekins-Ducks.
“La eficiencia más alta la estableció a principios de este año nuestro socio industrial, LONGi. Demostraron una célula solar de silicio con una eficiencia del 27,3 por ciento”, dijo.
“El límite absoluto es el 29,4 por ciento”.
El profesor Schmidt dijo que los científicos todavía están tratando de comprender cómo funciona el mecanismo molecular de la fisión singlete. Específicamente, ¿cómo es uno dos? Dijo que el proceso es complejo y detallado.
“Nuestro estudio aborda la raíz de este proceso. Y utilizamos campos magnéticos para interrogar.
“Los campos magnéticos manipulan la longitud de onda de la luz emitida para revelar cómo se produce la fisión singlete.
“Y no se ha hecho antes”.
Trabajar de forma inteligente no es difícil
Los diferentes colores de luz contienen fotones de diferentes energías. El profesor Schmidt dice que no importa cuál sea la energía entrante de la luz: siempre entregará la misma energía a la célula y el exceso de energía se convierte en calor.
“Entonces, si absorbes un fotón rojo, habrá algo de calor”, dijo el profesor Schmidt.
“Con los fotones azules, hay mucho calor.
“La eficiencia de las células solares tiene un límite”.
Dice que era necesario un cambio de paradigma para permitir que las células de silicio alcanzaran un mayor potencial.
“La introducción de la fisión simple en un panel solar de silicio aumentará su eficiencia”, afirma el profesor Ekins-Ducks.
“Esto permite que una capa molecular entregue corriente adicional al panel”.
El proceso divide el fotón en dos fragmentos de energía más pequeños. Luego se pueden utilizar individualmente. Esto garantiza que se utilice la parte de mayor energía del espectro, no que se pierda en forma de calor.
Invierte en el futuro
El año pasado, la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA) seleccionó el proyecto de fisión simple de la UNSW para su programa solar de costo ultrabajo. El programa tiene como objetivo desarrollar tecnologías capaces de lograr una eficiencia superior al 30 por ciento a un costo de menos de 30 centavos por vatio para 2030.
El equipo utilizó un láser de una sola longitud de onda para excitar un único elemento de fisión. Luego utilizaron un electroimán para aplicar campos magnéticos, lo que ralentizó el proceso de fisión singlete, haciéndolo más fácil de observar.
“A partir de este sólido conocimiento científico de la fisión singlete, ahora podemos construir un prototipo de célula solar de silicio avanzada y luego trabajar con nuestros socios industriales para comercializar la tecnología”, afirmó el profesor Ekins-Ducks.
“Estamos seguros de que podemos conseguir que las células solares de silicio tengan una eficiencia superior al 30 por ciento”, afirmó el profesor Schmidt.