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Ingenieros elevan el calcogénido de antimonio al 10,7% de eficiencia certificada, consolidan un récord mundial y apuntan a paneles más baratos, ventanas solares transparentes y electrónicos internos autosuficientes.
Ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) dieron un paso decisivo en la carrera por nuevas células solares al establecer un récord mundial de eficiencia para el calcogénido de antimonio, un material emergente para energía fotovoltaica. En laboratorio, la nueva célula alcanzó el 11,02 por ciento de eficiencia, con 10,7 por ciento certificados de forma independiente, el mejor desempeño ya registrado para este compuesto en cualquier lugar del mundo.
El logro no se resume al número. Además de entrar por primera vez en las Tablas Internacionales de Eficiencia de Células Solares, el trabajo muestra que ingenieros lograron entender el mecanismo químico que limitaba el material desde 2020, abriendo espacio para mejoras adicionales y para aplicaciones que van de células tándem en paneles hasta ventanas que generan energía y dispositivos internos alimentados por la propia luz ambiental.
Cómo los ingenieros llegaron al récord de 10,7 por ciento
El equipo liderado por la profesora Xiaojing Hao, de la Escuela de Ingeniería Fotovoltaica y de Energías Renovables de la UNSW, venía explorando el calcogénido de antimonio como candidato a celda superior en arquitecturas tándem con silicio.
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Investigadores en todo el mundo buscan este tipo de combinación, en que dos o más células solares están apiladas, cada una absorbiendo una franja diferente del espectro solar para extraer más electricidad del mismo rayo de sol.
Los ingenieros de la UNSW identificaron que el calcogénido de antimonio reunía características prometedoras, pero se topaba con una barrera de eficiencia que no pasaba de 10 por ciento desde 2020.
El nuevo estudio publicado en Nature Energy muestra cómo esta barrera fue superada y por qué el material, antes visto con escepticismo, vuelve al centro de las conversaciones sobre tecnología solar de próxima generación.
Por qué el calcogénido de antimonio emociona a los ingenieros solares
El calcogénido de antimonio ofrece un paquete de ventajas que llama la atención de los ingenieros que trabajan con fotovoltaica. Está formado por elementos abundantes y relativamente baratos, lo que reduce la dependencia de metales raros y caros presentes en algunos materiales solares de alto rendimiento.
Además, es un material inorgánico, lo que brinda mayor estabilidad a lo largo del tiempo en comparación con ciertas tecnologías más recientes que pueden degradarse con facilidad. Otro punto decisivo es el alto coeficiente de absorción de luz.
Una capa de apenas alrededor de 300 nanómetros de espesor, algo así como un milésimo del grosor de un cabello humano, ya es suficiente para capturar luz solar con eficiencia.
Los ingenieros destacan que el material puede ser depositado a bajas temperaturas, lo que reduce el consumo de energía en la fabricación y facilita la producción a gran escala con costo potencialmente menor.
La barrera de energía que frenaba la eficiencia
A pesar de tantas cualidades, el desempeño del calcogénido de antimonio había estado estancado. En la nueva investigación, los ingenieros de la UNSW descubrieron que el problema estaba en la distribución desigual de los elementos azufre y selenio durante la producción de la capa absorbente.
Esta distribución desbalanceada creaba una barrera de energía dentro del material, dificultando el paso de la carga eléctrica generada por la luz solar hasta los contactos de la célula.
El primer autor del estudio, Dr. Chen Qian, compara la situación a conducir un automóvil en una subida empinada: es necesario gastar mucho más combustible para llegar al mismo punto que sería necesario en una carretera plana.
Cuando la distribución interna de los elementos se vuelve más uniforme, la carga puede moverse con mucha más facilidad por el absorbente, evitando que los electrones queden atrapados y aumentando la fracción de luz solar convertida en electricidad útil.
La solución química que desbloqueó el potencial del material
La solución encontrada por los ingenieros fue relativamente simple desde el punto de vista del proceso, pero poderosa en resultado. Agregaron una pequeña cantidad de sulfuro de sodio durante la fabricación, estabilizando las reacciones químicas que forman la capa que absorbe la luz solar.
Este ajuste permitió controlar mejor la composición local de azufre y selenio, reduciendo la barrera de energía que estrangulaba el flujo de carga.
El resultado fue una célula de calcogénido de antimonio que alcanzó 11,02 por ciento de eficiencia de conversión de energía en laboratorio, con 10,7 por ciento certificados por la CSIRO, uno de los nueve centros de medición fotovoltaica independientes reconocidos internacionalmente.
Para los ingenieros involucrados, el aumento de eficiencia es significativo en sí mismo, pero lo más importante es que ahora existe un camino claro para nuevas mejoras, apoyado en comprensión química, y no solo en intentos empíricos.
Ventanas solares y dispositivos internos autosuficientes
Las implicaciones van más allá de futuros paneles solares en tándem. Debido a la espesor ultrafino, semitransparencia y alta bifacialidad de alrededor de 0,86, el calcogénido de antimonio se muestra especialmente interesante para ventanas solares transparentes, capaces de generar energía sin bloquear completamente la vista.
Una empresa derivada llamada Sydney Solar ya trabaja para escalar la producción de una especie de «adhesivo solar» para ventanas, explorando precisamente esta combinación de delgada espesor, transparencia parcial y buena respuesta a la luz.
En este escenario, los ingenieros visualizan fachadas enteras de edificios contribuyendo a la generación de electricidad, sin alterar radicalmente la estética de las ciudades.
Otro frente prometedor está en aplicaciones solares internas. La llamada banda prohibida del material se ajusta bien al espectro de luz artificial encontrado en ambientes cerrados.
Esto convierte al calcogénido de antimonio en un fuerte candidato para alimentar insignias inteligentes, pantallas de papel electrónico, sensores autosuficientes y dispositivos conectados a internet, en los que seguridad, estabilidad y rendimiento en baja luminosidad son más críticos que la eficiencia máxima al sol.
Próximo objetivo de los ingenieros: llegar al 12 por ciento
A pesar del récord, los ingenieros de la UNSW reconocen que aún hay trabajo por hacer. El siguiente paso es reducir los defectos internos del material mediante procesos de pasivación, tratamientos químicos que neutralizan imperfecciones que roban carga y reducen la eficiencia.
El Dr. Qian afirma que el equipo considera realista apuntar a eficiencias alrededor del 12 por ciento en un futuro cercano, enfrentando los desafíos restantes de forma incremental.
Para los ingenieros involucrados, cada fracción de punto porcentual conquistada significa más potencia en menos área, más competitividad frente a otras tecnologías y más opciones para arquitecturas híbridas con silicio y aplicaciones especiales.
Mientras tanto, el calcogénido de antimonio deja de ser solo un nombre en artículos académicos y pasa a figurar entre los candidatos reales para componer la próxima generación de células solares, en paneles, ventanas, dispositivos de internet de las cosas y electrónicos que casi no necesitan recarga.
Sabiendo que ingenieros ya pueden extraer 10,7 por ciento de eficiencia de este material emergente, ¿te emociona más la idea de ventanas generando energía en casa o de dispositivos internos funcionando solos, solo con la luz del ambiente?
Ojalá consigan mas eficiencia y se pueda masificar