Los paneles solares han existido por un tiempo, pero los materiales de los que están hechos los hacen incapaces de convertir más de una cuarta parte de la energía del sol en electricidad utilizable. Según los cálculos del MIT, una casa promedio en la soleada Arizona todavía necesita alrededor de 574 pies cuadrados de paneles solares (suponiendo aproximadamente un 15 por ciento de eficiencia) para satisfacer sus necesidades diarias de energía. En Vermont, frío y de invierno gris, la misma casa necesitaría 861 pies cuadrados. Eso es un montón de paneles.
Es por eso que los investigadores del MIT han estado experimentando con un proceso completamente nuevo para convertir la luz solar, uno que aprovecha las temperaturas extremadamente altas para aumentar la eficiencia. Si funciona a gran escala, podríamos estar viendo paneles solares mucho más eficientes en los próximos años, lo que podría cambiar el juego para la energía solar.
"Con nuestra investigación, estamos tratando de abordar las limitaciones fundamentales de la conversión de energía fotovoltaica", dice David Bierman, uno de los investigadores que lideran el proyecto.
La tecnología convierte la luz solar en calor, luego convierte el calor nuevamente en luz. El proceso utiliza una especie de concentrador de luz llamado "emisor-absorbedor", con una capa absorbente de nanotubos de carbono negro sólido que convierten la luz solar en calor. Cuando las temperaturas alcanzan los 1, 000 grados centígrados más o menos (tan calientes como la lava de muchos volcanes, solo para darle una idea), una capa emisora, hecha de cristal fotónico, envía la energía de regreso como el tipo de luz que la célula solar puede usar.
Un filtro óptico refleja todas las partículas de luz que no se pueden usar, un proceso llamado "reciclaje de fotones". Esto aumenta la eficiencia dramáticamente, haciendo que las células tengan el doble de eficiencia que el estándar actual.
Oportunamente, la tecnología recibe el sobrenombre de "células solares calientes". Las células fueron nombradas recientemente como una de las "10 tecnologías innovadoras de 2017 de MIT Technology Review ". Los editores de la publicación han estado compilando esta lista anualmente desde 2002. Este año, las tecnologías, desde implantes cerebrales hasta camiones autónomos y cámaras capaces de tomar selfies en 360 grados, "afectará la economía y nuestra política, mejorará la medicina o influirá en nuestra cultura", según MIT Technology Review . "Algunos se están desarrollando ahora; otros tardarán una década o más en desarrollarse", dicen los editores. "Pero deberías saber sobre todos ellos en este momento".
Los nanotubos de carbono negro forman la capa absorbente-emisora del panel. (MIT) La tecnología es superior a las células solares estándar en un nivel muy básico. El material semiconductor de las células estándar, que casi siempre es silicio, generalmente solo captura la luz del espectro violeta al rojo. Esto significa que se pierde el resto del espectro de la luz solar. Debido a este problema fundamental, las células solares solo pueden convertir aproximadamente un tercio de la energía solar en electricidad. Este límite superior, la máxima eficiencia teórica de una célula solar, se llama límite de Shockley-Queisser. Los paneles solares hechos para uso doméstico generalmente se convierten mucho menos que el límite de Shockley-Queisser, ya que los materiales más eficientes siguen siendo extremadamente caros. Pero con las células solares calientes, este límite, establecido por más de 50 años, podría ser historia.
En este punto, los investigadores solo tienen un prototipo. Podría pasar una década o más antes de que veamos estas células solares calientes en el mercado. En este momento, los materiales son tan caros que sería difícil convertir las celdas en paneles del tamaño necesario para uso comercial.
"Tendremos que resolver una amplia gama de problemas relacionados con la ampliación del dispositivo para generar realmente poderes que sean soluciones útiles para las personas y sus problemas", dice Bierman.
Bierman y sus colegas en el proyecto, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan y Evelyn N. Wang, son optimistas de que pueden superar estos límites. También esperan descubrir cómo almacenar calor adicional para su uso posterior. Eso podría significar energía limpia en los días más nublados de invierno. Incluso en Vermont.
