En los últimos años se han dado grandes avances en la fabricación de paneles solares fotovoltaicos y algunas instituciones científicas han llegado a desarrollar eficiencias de hasta el 43%.
Una de los problemas que más ha preocupado a la industria solar fotovoltaica es el coste de producción de los paneles solares, su rentabilidad y eficiencia. Laboratorios de todo el mundo están investigando nuevas fórmulas de fabricación que impulsen la energía solar fotovoltaica y esta pueda llegar a ser competitiva con otras fuentes de energía fósil.
Gracias a la investigación, esto se está convirtiendo poco a poco en una realidad. Ya son más de 100 países en los que se ha llegado a la paridad de red, es decir, el momento en el que una fuente de generación de energía puede producir electricidad a un coste inferior o igual al precio generalista de compra de la electricidad directamente de la red y competir con las fuentes de energía convencionales.
Entre 2009 y 2011, el coste de los paneles solares se ha reducido un 70%. Gracias a esto se han disparado además las instalaciones de autoconsumo fotovoltaico y balance neto en gran número de países y los paneles cuya vida útil se alarga hasta los 30 años obtienen una gran rentabilidad, ya que producen energía limpia en un 95% de su ciclo de vida.
De los tipos de paneles, el más común es el panel de silicio, el cual puede estar formado por celdas monocristalinas y celdas policristalinas, la diferencia entre ambas es mínima. La eficiencia sobre las placas puede varias mucho dependiendo de la irradiación, temperatura, humedad etc.
Otras células solares son las llamadas de capa fina, que usas menos materia prima y otros materiales ante una posible escasez de silicio, como el cobre, indio y selenio. Estas placas han abaratado mucho los costes.
En la foto superior se muestra un ejemplo de nuevas células solares de capa fina y flexibles, desarrollado por investigadores en Suiza, que van a salir al mercado para utilizar en fachadas, tejados, superficies móviles etc.
Se están realizando otros avances, por ejemplo, en las llamadas capas transparentes, en la producción de ventanas para incluirlas en edificios, células orgánicas, como la cédula Gräzel, flexible, la cual ganó el premio tecnológico Milenium 2010 y funciona produciendo electricidad mediante un principio foto-electro-químico, cambiando la energía luminosa en energía eléctrica.
También se ha investigado con las llamadas células de concentración, las cuales, como su nombre indica, concentran la luz con sistemas ópticos aumentando la eficiencia de las células y reduciendo los costes.
La investigación de nuevas células fotovoltaicas se centra en mejorar su eficiencia y rendimiento, numerosos organismos científicos y empresas están realizando avances para seguir mejorando esta tecnología.
Para poder entender los avances en rendimiento hay que hacer referencia al llamado límite de eficiencia de Shockley-Queisser, el cual establece una máxima teórica de una célula solar usando una unión pn para recoger energía de la célula.
Una unión p-n es un límite o interfaz entre dos tipos de material semiconductor, de tipo p y de tipo n , en el interior de un único cristal de semiconductores.
El estudio de este límite es fundamental para la producción de energía solar, y es considerado como una de las contribuciones más importantes en el campo.
El límite coloca eficiencia de conversión solar máxima en torno a 33,7% asumiendo una unión pn con una banda prohibida de 1.34 eV. Es decir, toda la potencia contenida en la luz solar que cae sobre una célula solar.
Diversos estudios, que dan lugar a la llamada tercera generación fotovoltaica, están dando resultados que aumentan la eficacia de las células solares por encima de este límite.
En el instituto tecnológico de Massachusetts, en EEUU, los investigadores están llevando a la práctica una nueva técnica en la cual de cada fotón se obtienen dos electrones, en lugar de uno, que es lo habitual, y de esta manera se ahorra el exceso de energía que se perdía en cada fotón.
Este nuevo método permite aumentar la eficiencia de las células solares, por encima del 30%.
Otra novedad llega desde el Instituto de Investigación de Energía Solar Fraunhofer. Este instituto es el mayor en investigación solar en Europa, y sobre todo se centra en estudios de los fundamentos científicos y tecnológicos para las aplicaciones de energía solar, como son el desarrollo de la tecnología de producción y prototipos, a la construcción de sistemas de demostración.
El IES Fraunhofer, anunció el pasado 22 de mayo en un comunicado de prensa, que está obteniendo resultados notables en la investigación de células solares multi-unión con un potencial de eficiencia de hasta el 50 % bajo luz solar concentrada, y que están realizando junto con la empresa Francesa Soitec.
Los investigadores están sustituyendo la célula solar de triple unión convencional por un nuevo dispositivo de cuatro conexiones. Debido a esta investigación que combina los mejores materiales compuestos y a la tecnología de unión de la oblea, los científicos ya han obtenido con éxito una célula solar de 43% de rendimiento. La eficiencia se mantiene con rangos de concentración solar de entre 200 y 500 soles.
En el Fraunhofer ISE tuvieron que ser optimizadas más de 30 capas de material semiconductor para lograr esta célula de cuádruple unión. La combinación de cristales ha sido una de las aportaciones claves del socio del ISE Fraunhofer, ya que con la tecnología convencional no se podían superponer en capas sin deteriorar la calidad de los materiales. Esto puede crear una nueva generación de células solares con cuatro uniones pn, de alta eficiencia.
Los avances en la industria de la tecnología solar no muestran signos de desaceleración, por lo que solo cabe esperar que la investigación permita que se avance hacia el cambio energético de generación limpia de energía a escala mundial.
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