Una de las tecnologías emergentes de células solares más prometedoras ha experimentado un enorme aumento en eficiencia. Los ingenieros de UNIST en Corea del Sur han creado una célula solar de puntos cuánticos con una eficiencia récord mundial del 18,1%. Los puntos cuánticos son esencialmente pequeños cristales semiconductores redondos que absorben y emiten luz con una eficiencia asombrosa. Al cambiar el tamaño de los puntos cuánticos, se puede establecer el color de la luz que interactúa con ellos, lo que los hace útiles en tecnología de visualización o sensores.
Sin embargo, es posible que en última instancia encuentren su mayor uso en las células solares. La mayoría de las células solares comerciales utilizan un material a granel como capa colectora de luz, lo que significa que toda la superficie absorbe las mismas longitudes de onda. Pero los puntos cuánticos pueden tener diversos tamaños y centrarse en diferentes partes del espectro, lo que aumenta la eficiencia potencial. Además, los puntos cuánticos son baratos y fáciles de fabricar e incluso pueden convertirse en soluciones de pulverización.
En el nuevo estudio, investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) hicieron algunos ajustes a la receta para mejorar la tecnología. Las células solares de puntos cuánticos hechas de materiales orgánicos son teóricamente las más eficientes, pero desafortunadamente tienen el inconveniente de ser menos estables a la luz solar y a las condiciones climáticas, lo que no es ideal para dispositivos diseñados para estar expuestos a la luz solar durante todo el día. Para solucionar este problema, estas células solares se suelen sustituir por materiales inorgánicos, pero esto también limita su eficiencia.
El equipo de UNIST creó puntos cuánticos a partir de peróxidos orgánicos y desarrolló un nuevo método para anclar los puntos cuánticos al sustrato, permitiéndoles acercarse entre sí. Esto aumentó la eficiencia a un récord del 18,1% desde el 16,6% en 2020. Este récord fue reconocido de forma independiente por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. (NREL).
Aún mejor, las nuevas células solares son mucho más estables. En condiciones normales, pueden mantener plena potencia durante 1200 horas y, bajo altas temperaturas de 80 °C (176 °F), pueden mantener la eficiencia durante 300 horas. Funcionaron igualmente bien después de dos años de almacenamiento.
Las células solares de puntos cuánticos todavía tienen un largo camino por recorrer antes de que puedan alcanzar a las células solares de silicio que se utilizan todos los días, para las cuales la investigación y el desarrollo han avanzado medio siglo y se están acercando rápidamente a su máxima eficiencia teórica. Al mismo tiempo, los puntos cuánticos no entraron realmente en el laboratorio hasta 2010, y su eficiencia en aquel momento era inferior al 4%. Si bien mejoran la eficiencia, los procesos de fabricación simples y baratos pueden ayudar a escalar la tecnología para crear una gama más amplia de superficies fotovoltaicas.
La investigación fue publicada en la revista Nature Energy.