Un nuevo avance en energía solar: La división de fotones mejora la eficiencia

Un equipo de científicos e ingenieros de UNSW Sydney realizó un importante avance en la búsqueda de energías renovables más eficientes y económicas. Este grupo logró superar uno de los límites más significativos en la tecnología solar mediante un proceso conocido como fisión de singletes, que permite que un solo fotón se divida en dos paquetes de energía, duplicando así la producción eléctrica.

En un estudio publicado en ACS Energy Letters, el equipo, denominado "Omega Silicon", demostró cómo este proceso se puede aplicar a un material orgánico que podría ser producido en masa para su uso en paneles solares. Según el Dr. Ben Carwithen, investigador postdoctoral en la Escuela de Química de UNSW, "gran parte de la energía de la luz en una celda solar se desperdicia como calor, que también es una forma de energía". El objetivo es convertir esa energía desperdiciada en electricidad adicional.

Los paneles solares actuales, en su mayoría fabricados con silicio, tienen un límite de eficiencia de aproximadamente el 27%, con un techo teórico de alrededor del 29.4%. La fisión de singletes ofrece una vía para superar esta barrera, ya que un fotón de alta energía puede generar dos excitaciones de menor energía, produciendo así dos paquetes de energía utilizables en lugar de uno solo.

El profesor Ned Ekins-Daukes, líder del proyecto y director de la Escuela de Fotovoltaica y Energía Renovable de UNSW, afirmó: "Introducir la fisión de singletes en un panel solar de silicio aumentará su eficiencia, permitiendo que una capa molecular aporte corriente adicional al panel".

Hasta ahora, el desafío había sido encontrar el material adecuado. Investigaciones anteriores habían utilizado un compuesto llamado tetraceno, que funcionaba bien en laboratorio pero se degradaba rápidamente en condiciones de aire y humedad. Sin embargo, el equipo de UNSW ha demostrado que un compuesto llamado DPND (dipyrolonafthiridina diona) puede realizar la misma función manteniéndose estable en condiciones reales.

"Hemos demostrado que se puede intercalar silicio con este material estable, que experimenta fisión de singletes y luego inyecta carga eléctrica adicional", explicó el Dr. Carwithen. Aunque este es un primer paso, representa la primera demostración de que esto puede funcionar en un sistema realista.

La nueva tecnología consiste en agregar una capa orgánica ultradelgada sobre una celda de silicio convencional. "En principio, es solo pintar una capa adicional sobre la arquitectura existente", comentó el Dr. Carwithen. La eficiencia teórica de los paneles solares que utilizan fisión de singletes podría alcanzar alrededor del 45%, un gran avance respecto a la tecnología actual.

El proyecto de fisión de singletes de UNSW fue seleccionado en 2023 por la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA) para su programa de Solar de Costo Ultra Bajo, que busca entregar paneles capaces de más del 30% de eficiencia a menos de 30 centavos por vatio para 2030. Siete de las empresas solares más grandes del mundo ya están observando de cerca al equipo Omega Silicon.

El Dr. Carwithen estima que un concepto de prueba a pequeña escala podría estar listo en unos años, aunque reconoce que la ciencia no siempre avanza en línea recta. "Podría haber un gran avance la próxima semana y todo encaje, pero un cronograma más realista es de cinco años".