Reportatges

Fonts renovables d'energia

Aprofitar al màxim l'energia solar

Les cèl·lules fotovoltaiques a escala nanomètrica podrien ser la clau per a l'augment de l'eficiència de les plaques solars

L’any 1954, un grup de científics dels laboratoris Bell a Nova Jersey (Estats Units), famosos per haver descobert el làser o la fibra òptica, van veure com dispositius de silici als quals s'afegien impureses d'altres metalls presentaven una alta sensibilitat a la llum. Es va iniciar llavors la generació d'electricitat a partir de llum solar, a partir de l'ús de cèl·lules fotovoltaiques de silici. No obstant això, l'eficiència de les plaques solars comercials actuals encara no supera el 14%. La bona notícia és que la nanotecnologia ofereix noves oportunitats més eficients d'aprofitament de la llum solar.

Cristina Jiménez | 26 de febrer de 2010

Fotografia: Kevin T. Houle

El sol, en forma de llum, emet energia que equival a més de 10.000 vegades el consum mundial d'electricitat. Des d'abans de la revolució industrial, científics i enginyers busquen mètodes per aprofitar el poder lumínic de l'astre solar per generar energia utilitzable. A finals del segle XIX es van dur a terme els primers experiments a Alemanya. Finalment, ja al segle passat, l'equip americà dels laboratoris Bell va trobar el dispositiu que permetria transformar llum en energia elèctrica i, com a conseqüència, fabricar les primeres plaques fotovoltaiques.

Les plaques habituals són dispositius formats per materials semiconductors, és a dir, que es poden comportar com a conductors del corrent elèctric o com aïllants segons la temperatura de l'ambient. En aquest tipus de materials, els electrons orbiten al voltant de l'àtom en diferents nivells d'energia. Quan el semiconductor absorbeix un fotó, la partícula energètica de la llum, un electró adquireix prou energia com per alliberar-se de la seva òrbita i moure's lliurement. Així, quan molts fotons incideixen sobre la placa, es genera el moviment d'electrons que dóna lloc al corrent elèctric.

"Gairebé el 86% de l'energia lumínica que topa contra una placa convencional es perd en forma calor" Però les plaques fotovoltaiques, així com l'ull humà, només són sensibles a algunes regions de l'espectre de la llum solar, que va des dels infrarojos fins a la radiació ultraviolada, passant per la llum visible. Les primeres plaques fotovoltaiques tenien una eficiència molt baixa, amb prou feina de l'1%, perquè el material exposat a la radiació només era sensible a una petitíssima zona de l'espectre. Les últimes plaques comercials segueixen tenint eficiències baixes, pels mateixos problemes. I gairebé el 86% de l'energia lumínica que topa contra una placa convencional es perd en forma calor.

"L'energia solar és una de les fonts d'energia més sostenibles que tenim, però, fins ara, la tecnologia per convertir-la era relativament ineficient", explica Ned Edkins-Dauke, director del grup de fotovoltaica quàntica de l'Imperial College London. El seu grup està especialitzat en utilitzar les tècniques de nanotecnologia per augmentar l'eficiència de la generació d'electricitat solar en plaques fotovoltaiques i, així, reduir els costos.

Punts quàntics

A l'Imperial College hi desenvolupen cèl·lules fotovoltaiques de l'estil 'punt quàntic'. Aquestes estan formades per capes d'un compost químic anomenat arseniür de gal·li. Entre les capes hi ha petitíssims forats, d'escala nanomètrica, amb propietats quàntiques. Les diferents capes d’arseniür recullen llum de longituds d'ona diferents, tot cobrint un espectre superior al de les plaques convencionals, explica Edkins-Dauke. I la clau la tenen els punts quàntics, "perquè absorbeixen la quantitat de llum extra que no s’absorbiria només amb arseniür", afegeix el científic.

El motiu és que, si bé a les plaques convencionals un sol fotó hi produeix el moviment d'un sol electró, en aquest tipus de plaques un fotó pot produir-hi el moviment de fins a tres electrons, amb la qual cosa es genera un corrent elèctric. Els científics de l'Imperial College han aconseguit eficiències de fins al 31,6%. Així, l'energia extra produïda en aquests punts quàntics, apunta Edkins-Daukes, dobla l'eficiència de les cèl·lules fotovoltaiques normals.

A més, aquestes cèl·lules de punt quàntic, que ja són més eficients per si mateixes, s'integren en circuits òptics que concentren més la llum solar, la qual cosa redueix la quantitat de material requerit. Com a conseqüència, es redueixen els costos, assenyala el científic. L'actual rècord en eficiència a tot el món es va situar al voltant del 41%. Edkins-Daukes prediu que aquesta podria augmentar fins a un 50% en una dècada. El problema és com traslladar els experiments de laboratori a una producció industrial rendible en termes econòmics.

De moment, els físics de l'Imperial també pensen en les solucions aplicades. El juny de 2007 es va crear una spin-off, QuantaSol, per proporcionar solucions aplicades de tercera generació d'energia fotovoltaica.

Els investigadors anglesos també estan desenvolupant una interessant aplicació, el que es coneix com a 'finestres intel·ligents'. Es tracta de persianes transparents que podrien ser utilitzades per enfocar l'energia solar que arriba a la finestra. D'aquesta manera, s'aconseguiria fer funcionar equips a l’interior de l'edifici. Alhora, aquestes finestres deixarien passar llum difusa, de manera que es reduirien les necessitats energètiques de l'edifici.

SUPERANT OBSTACLES L'equip anglès ha aconseguit vèncer un problema comú de la nanotecnologia fotovoltaica, la radiocombinació radioactiva. Aquest efecte produeix una pèrdua de fotons que, al seu torn, minva la producció d'energia elèctrica. Els investigadors han trobat una solució per evitar que els fotons es perdin a les cavitats: posar un mirall darrere de la cèl·lula, de manera que els fotons es projectin de nou cap a l'interior d’aquesta. Allà són de nou reabsorbits, per tal que contribueixin a la generació de corrent de sortida.

Aquest és només un dels molts problemes tecnològics que presenta la fabricació de cèl·lules fotovoltaiques de tercera generació. No obstant això, Edkins-Daukes creu en les seves possibilitats: "Les cèl·lules solars de tercera generació ajudaran a adoptar l'energia solar com una energia neta i rendible", assegura l'investigador. Quan estaran disponibles al mercat? Encara no se sap; els científics segueixen treballant per traslladar la recerca del laboratori a la indústria.

Tòpics de l'article

Comentaris

Nom: Email: Comentari:

1 comentari

JORGE 23/10/2010
pues muy buen aporte, creo que ya es necesario ver de donde sacamos energia limpia pues el petroleo da cada vez mas problemas, y cada vez salo mas caro la compra de combustible para el vehiculo

<< 1 >>