Eficiencia cuántica en sistemas fotovoltaicos
ENERGIA SOLAR.
La transición energética global tiene en la energía solar uno de sus pilares más prometedores. Sin embargo, para que esta fuente limpia y abundante compita plenamente con los combustibles fósiles, es crucial mejorar su rendimiento.
Aquí es donde entra en juego un concepto fundamental y a menudo poco comprendido: la eficiencia cuántica en sistemas fotovoltaicos.
¿Qué es la eficiencia cuántica en una celda solar?
La eficiencia cuántica, también conocida como respuesta espectral, mide la capacidad de una célula fotovoltaica para convertir fotones incidentes en electrones utilizables. En otras palabras, representa cuántos electrones se generan por cada fotón que incide sobre el dispositivo.
Este parámetro se expresa generalmente como un porcentaje, y puede analizarse en dos variantes:
- Eficiencia cuántica externa (EQE): Mide la proporción de electrones recolectados respecto al número de fotones que llegan a la superficie de la celda.
- Eficiencia cuántica interna (IQE): Considera únicamente los fotones que han sido absorbidos realmente, descontando los reflejados o transmitidos.
¿Por qué es importante la eficiencia cuántica?
La eficiencia cuántica permite evaluar el desempeño espectral de una celda solar en función de la longitud de onda de la luz incidente. Este análisis es crucial para:
- Diseñar materiales más eficientes: Al saber qué longitudes de onda aprovecha mejor una celda, se pueden seleccionar o diseñar materiales con bandas prohibidas (bandgaps) adecuadas.
- Optimizar estructuras multicapa: En tecnologías avanzadas como las celdas tandem, cada capa está diseñada para captar un rango específico del espectro solar. La EQE ayuda a verificar que cada capa cumple su función.
- Detectar pérdidas en el sistema: Una caída en la eficiencia cuántica en ciertas longitudes de onda puede indicar problemas como recombinación de portadores, mala calidad del material o defectos de fabricación.
Innovaciones cuánticas para mejorar la eficiencia.
En los últimos años, varios avances desde la física cuántica y la nanotecnología han impulsado mejoras significativas en la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos:
- Puntos cuánticos (quantum dots): Estos nanocristales semiconductores pueden diseñarse para absorber luz en rangos específicos y generar múltiples electrones por fotón (multiplicación de portadores), superando los límites de la eficiencia de Shockley-Queisser.
- Celdas solares de perovskita: Aunque todavía en desarrollo para aplicaciones comerciales, ofrecen alta eficiencia cuántica y flexibilidad de diseño espectral.
- Upconversion y downconversion: Técnicas que permiten convertir fotones de baja energía (infrarrojos) en fotones utilizables o viceversa, ampliando la gama de luz aprovechable por las celdas solares.
¿Cuál es el futuro de la eficiencia cuántica en fotovoltaica?
Actualmente, las mejores celdas solares comerciales alcanzan eficiencias del 20-23%, pero los laboratorios han logrado superar el 47% con tecnologías experimentales. El análisis y la mejora de la eficiencia cuántica es clave para cerrar esta brecha entre investigación y producción masiva.
Además, el auge de la inteligencia artificial está permitiendo modelar y optimizar la respuesta cuántica de nuevas estructuras con mayor rapidez, acelerando el desarrollo de materiales y dispositivos más eficientes.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings