Nuevo método convierte la energía «sobrante» de la luz en portadores de carga y supera el límite de Shockley–Queisser

Un nuevo método permite convertir la energía «sobrante» de la luz en portadores de carga extra, por encima del límite clásico

Un equipo científico ha planteado una forma de esquivar una de las barreras fundamentales más conocidas de la energía solar: el límite de Shockley–Queisser, que fija la eficiencia teórica máxima de una célula solar y que, durante más de 60 años, se ha considerado el techo de rendimiento de los dispositivos fotovoltaicos.

El límite de Shockley–Queisser y la eficiencia real de los paneles solares

Los paneles solares actuales se basan en células fotovoltaicas: semiconductores que transforman la luz en electricidad. Aun así, incluso bajo condiciones ideales, solo pueden aprovechar una fracción de la energía que llega del Sol. El tope teórico se sitúa en el 33%, mientras que los módulos comerciales suelen quedarse en torno al 25%.

Esta restricción tiene su origen tanto en la naturaleza del propio espectro solar como en consideraciones termodinámicas. La radiación solar abarca un abanico amplio de energías, pero las células solo convierten con gran eficacia un intervalo relativamente estrecho. Los fotones con energía insuficiente atraviesan el material sin generar electricidad útil, y los que llegan con más energía de la necesaria pierden el exceso en forma de calor.

Aprovechar el azul: de la parte «perdida» del espectro a un 130%

En un trabajo reciente, investigadores de Japón y Alemania han propuesto un modo de sacar partido a una zona del espectro que tradicionalmente se daba por «perdida». El foco está en la luz azul de alta energía, que en condiciones habituales resulta difícil de convertir en electricidad de manera eficiente.

El grupo demostró que, al iluminar con ese tipo de luz un compuesto específico, es posible «repartir» la energía de un solo fotón en dos excitaciones útiles. Con ello alcanzaron una eficiencia cercana al 130%: es decir, por cada 100 fotones absorbidos se generan 130 portadores de energía.

El proceso se apoya en el fenómeno conocido como división singlete. Este mecanismo permite que un único estado excitado dé lugar a dos, aumentando así el número de portadores de carga sin incrementar el número de fotones absorbidos.

Materiales del experimento: tetraceno y molibdeno

Para llevarlo a la práctica, se empleó la molécula orgánica tetraceno junto con el elemento metálico molibdeno. El tetraceno ya se había utilizado antes en sistemas orientados a gestionar luz de alta energía, pero esas aproximaciones solían encontrarse con problemas de estabilidad y de funcionamiento prolongado. Según los autores, la incorporación de molibdeno permitió superar esas limitaciones.

Uno de los firmantes del estudio, el químico Yoichi Sasaki, de la Universidad de Kyushu, señaló que existen dos vías principales para rebasar el límite de Shockley–Queisser. La primera consiste en convertir fotones infrarrojos de baja energía en otros de mayor energía. La segunda es recurrir a la división singlete para obtener dos excitaciones a partir de un único fotón, que es el enfoque aplicado en este trabajo.

Situación actual: resultados de laboratorio y distancia hasta el mercado

Por ahora, la investigación se mantiene en una fase de laboratorio. Los datos obtenidos sirven para demostrar que, en principio, se puede bordear una limitación considerada fundamental, pero todavía queda mucho camino antes de pensar en una integración real en paneles solares comerciales.

Aun así, se trata de uno de los avances más llamativos hacia una revisión de un límite que durante décadas se consideró insalvable. Si esta tecnología lograse escalarse, podría modificar el modo en que se diseñan las células fotovoltaicas y elevar la eficiencia de la energía solar sin alterar de forma radical su arquitectura básica.