La revista Optics Letters publicó en su número de diciembre de 2008 una investigación realizada en la Universidad de La Laguna por Fernando Lahoz Zamarro, profesor del Departamento de Física Fundamental y Experimental, Electrónica y Sistemas, sobre la mejora de la eficiencia de las células solares mediante el uso de materiales vitrocerámicos que presentan unas propiedades ópticas especiales y los hacen particularmente adecuados para esta aplicación.
En la actualidad existe una tendencia en las políticas energéticas de muchos países desarrollados a disminuir la dependencia energética de los combustibles fósiles debido, por una parte, a las enormes fluctuaciones del precio del petróleo y, por otra, a la preocupación por los efectos perjudiciales de la emisión de CO2 a la atmósfera, fruto de la combustión del petróleo y sus derivados.
Por estos motivos, los gobiernos están impulsando el desarrollo de energías renovables. Dentro de este tipo de energías, las tecnologías fotovoltaicas pretenden producir electricidad a partir de la energía proporcionada por el sol. Más del 90% de los parques solares existentes están basados en células solares fabricadas con silicio (Si). No es de extrañar, por tanto, que exista un gran interés, científico e industrial, en mejorar la eficiencia de las células solares de Si.
El Si es un semiconductor que absorbe los rayos del sol cuya energía es mayor que un cierto valor umbral, llamado “gap de energía”, y los transforma en pares electrón-hueco, que dan lugar a la electricidad. Sin embargo, un 20% de la radiación solar es radiación infrarroja que no absorbe el Si y, por tanto, no contribuye a la generación de electricidad por lo que, desde el punto de vista de la aplicación en paneles solares, esta radiación solar se está desaprovechando.
Una posible solución que fue propuesta hace pocos años por investigadores de la Universidad de New South Wales (Australia) consiste en colocar detrás de la célula de Si un material que produce el fenómeno óptico llamado “up-conversion” (UC) y que consiste en que transforma dos o más fotones de baja energía en un fotón de mayor energía que puede ser absorbido por la célula solar de Si y contribuir a la generación de electricidad. Para ello utilizaron unos cristales dopados con iones de Erbio. Desgraciadamente, el aumento de eficiencia de las células solares que se consiguió de esta manera era demasiado pequeño como para justificar su aplicación a nivel industrial.
En la investigación realizada en la Universidad de La Laguna, se ha encontrado un material vitrocerámico que está dopado con iones de Holmio y que absorbe parte de la radiación infrarroja emitida por el sol y la transforma, mediante un proceso de UC, en radiación de mayor energía que puede ser absorbida por los paneles de Si.
La ventaja de este material es que la radiación solar emitida en la región que absorben los iones de Holmio es aproximadamente el doble que en la región del Erbio, por lo que se espera que los procesos de UC sean más intensos en los materiales dopados con Holmio que en los dopados con Erbio. Además, la segunda ventaja es que estos materiales son transparentes a la radiación que absorben los iones de Erbio, por lo que el autor de la investigación propone usar ambos materiales conjuntamente, lo que supondría un aumento adicional en la eficiencia de las placas solares.
Este estudio ha despertado el interés de la comunidad científica y ha sido reseñado en el número de febrero de 2009 de varias publicaciones científicas:
En la actualidad existe una tendencia en las políticas energéticas de muchos países desarrollados a disminuir la dependencia energética de los combustibles fósiles debido, por una parte, a las enormes fluctuaciones del precio del petróleo y, por otra, a la preocupación por los efectos perjudiciales de la emisión de CO2 a la atmósfera, fruto de la combustión del petróleo y sus derivados.
Por estos motivos, los gobiernos están impulsando el desarrollo de energías renovables. Dentro de este tipo de energías, las tecnologías fotovoltaicas pretenden producir electricidad a partir de la energía proporcionada por el sol. Más del 90% de los parques solares existentes están basados en células solares fabricadas con silicio (Si). No es de extrañar, por tanto, que exista un gran interés, científico e industrial, en mejorar la eficiencia de las células solares de Si.
El Si es un semiconductor que absorbe los rayos del sol cuya energía es mayor que un cierto valor umbral, llamado “gap de energía”, y los transforma en pares electrón-hueco, que dan lugar a la electricidad. Sin embargo, un 20% de la radiación solar es radiación infrarroja que no absorbe el Si y, por tanto, no contribuye a la generación de electricidad por lo que, desde el punto de vista de la aplicación en paneles solares, esta radiación solar se está desaprovechando.
Una posible solución que fue propuesta hace pocos años por investigadores de la Universidad de New South Wales (Australia) consiste en colocar detrás de la célula de Si un material que produce el fenómeno óptico llamado “up-conversion” (UC) y que consiste en que transforma dos o más fotones de baja energía en un fotón de mayor energía que puede ser absorbido por la célula solar de Si y contribuir a la generación de electricidad. Para ello utilizaron unos cristales dopados con iones de Erbio. Desgraciadamente, el aumento de eficiencia de las células solares que se consiguió de esta manera era demasiado pequeño como para justificar su aplicación a nivel industrial.
En la investigación realizada en la Universidad de La Laguna, se ha encontrado un material vitrocerámico que está dopado con iones de Holmio y que absorbe parte de la radiación infrarroja emitida por el sol y la transforma, mediante un proceso de UC, en radiación de mayor energía que puede ser absorbida por los paneles de Si.
La ventaja de este material es que la radiación solar emitida en la región que absorben los iones de Holmio es aproximadamente el doble que en la región del Erbio, por lo que se espera que los procesos de UC sean más intensos en los materiales dopados con Holmio que en los dopados con Erbio. Además, la segunda ventaja es que estos materiales son transparentes a la radiación que absorben los iones de Erbio, por lo que el autor de la investigación propone usar ambos materiales conjuntamente, lo que supondría un aumento adicional en la eficiencia de las placas solares.
Este estudio ha despertado el interés de la comunidad científica y ha sido reseñado en el número de febrero de 2009 de varias publicaciones científicas:
- Revista Materials Research Society Bulletin: http://www.mrs.org/s_mrs/sec_subscribe.asp?CID=17985&DID=231603
- Revista Laser Focus World: http://www.laserfocusworld.com/display_article/352158/12/none/none/NBrea/Holmium-doped-glass-ceramics-enhance-silicon-solar-cell-efficienc
Fuente: Gabinete de Prensa - Universidad de La Laguna
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