Investigadores alemanes crean paneles solares 1.000 veces más eficaces gracias a este particular uso del titanio
Un estudio revela que alternar capas de titanato de bario, estroncio y calcio en células solares ferroeléctricas multiplica su efecto fotovoltaico hasta 1.000 veces, prometiendo mejoras significativas en la eficiencia energética.
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Publicado: 09/04/2024 17:00
Los paneles solares convencionales están compuestos principalmente de silicio, un material semiconductor. Estos paneles constan de múltiples células fotovoltaicas interconectadas, formando módulos fotovoltaicos.
La eficiencia típica de los paneles solares que se comercializan actualmente oscila entre el 15 % y el 22 %, dependiendo de factores como la calidad del panel, la tecnología utilizada y las condiciones ambientales.
Cifras, por tanto, que animan a la industria y la ciencia a buscar formas de aprovechar ese gran margen de mejora que aún tiene la energía fotovoltaica.
Paneles solares 1.000 veces más eficaces
Un grupo de investigadores de la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) ha realizado un estudio científico con el que demuestra que el efecto fotovoltaico de los cristales ferroeléctricos puede ser amplificado significativamente.
La clave está en colocar periódicamente tres materiales diferentes en una red, multiplicando su efecto hasta por 1.000. En este estudio, se crearon capas cristalinas alternas de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio. Estos hallazgos, publicados en la revista Science Advances, tienen el potencial de mejorar la eficiencia de las células solares en gran medida.
A diferencia de las células solares basadas en silicio, cuya eficiencia es limitada, los cristales ferroeléctricos como el titanato de bario ofrecen ventajas significativas.
Estos materiales, que tienen cargas positivas y negativas separadas espacialmente, permiten la generación de electricidad a partir de la luz sin la necesidad de la Unión PN (entre los semiconductores de tipo p y de tipo n requerida por el silicio).
Además, los cristales ferroeléctricos pueden combinarse con materiales paraeléctricos (su polarización puede cambiar de forma provisional y, a diferencia de los ferroeléctricos, no mantienen una polarización eléctrica residual cuando se elimina el campo eléctrico externo) para mejorar aún más su rendimiento, como demostraron las investigaciones del grupo dirigido por el físico Dr. Akash Bhatnagar.
Resultados muy prometedores
El estudio mostró que la alternancia de una capa ferroeléctrica con dos capas paraeléctricas diferentes multiplicó el efecto fotovoltaico. Esto se logró mediante la incrustación de titanato de bario entre titanato de estroncio y titanato de calcio, produciendo un material compuesto de 500 capas con un espesor de aproximadamente 200 nanómetros.
Las mediciones fotoeléctricas revelaron que este nuevo material tenía un flujo de corriente hasta 1.000 veces más fuerte que el titanato de bario puro de un espesor similar, a pesar de que la proporción de titanato de bario se redujo en casi dos tercios.
Este efecto fotoeléctrico sólido se mantuvo constante durante un período de seis meses, lo que sugiere su viabilidad a largo plazo.
Si bien los resultados del estudio son muy prometedores, aún serán necesarias más investigaciones para comprender completamente los mecanismos detrás de este fenómeno.
Sin embargo, el potencial demostrado por este nuevo concepto ofrece esperanzas de aplicaciones prácticas en paneles solares, ya que la estructura de capas muestra un mayor rendimiento en todos los rangos de temperatura y una mayor durabilidad, sin requerir un embalaje especial.
