Articulo premiado. - Instituto de Energía Solar

¡Más fotones, es la guerra!
David Pastor Pastor, Javier Olea Ariza
En una película de los hermanos Marx, los protagonistas subían a un tren a vapor para
llegar a su destino antes que “los malos”. Sin embargo, en el tren no había más carbón, así que
para hacerlo funcionar, los hermanos Marx iban arrancando la madera con la que estaban
fabricados los vagones. Durante toda la escena, Groucho Marx no dejaba de gritar: ¡Más
madera, es la guerra!, ¡Más madera, es la guerra!. Al final de esa trepidante escena de acción de
los años 30, consiguen llegar al destino, pero del tren, sólo queda su inservible esqueleto
metálico.
En la sociedad actual, el tren del desarrollo tecnológico nos está permitiendo alcanzar
una mayor calidad y esperanza de vida, sin embargo, este desarrollo implica la utilización de
numerosos recursos energéticos. El rápido crecimiento que está experimentando la población
mundial conduce además a un incesante aumento de la demanda de energía. Asimismo, debido
a nuestro actual modelo energético nos enfrentamos a serios problemas de impacto ambiental,
tales como desertificación, reducción de la capa de ozono o cambio de los patrones climáticos,
que podrían amenazar seriamente el bienestar de las generaciones futuras. Es por ello que cada
vez se plantea más utilizar un modelo de desarrollo sostenible, entendiéndose como tal aquel
que propone un “desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la
capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”.
En definitiva, el tren del desarrollo tecnológico no puede funcionar a costa de esquilmar
los recursos naturales de nuestro entorno. Dentro de la diversidad de factores necesarios para
alcanzar este tipo de modelo sostenible, uno de los factores con mayor relevancia es el que
concierne a los recursos energéticos. Se pretende que las fuentes de energía tiendan a ser cada
vez más y limpias y totalmente renovables. Actualmente, cada vez son mayores los recursos y
esfuerzo destinados en investigación para desarrollar este tipo de fuentes de energía, entre las
que destacan principalmente la fotovoltaica, la hidráulica y la eólica. La investigación en la
energía solar fotovoltaica ha experimentado una constante evolución, acentuada especialmente
en ciertos periodos por las diversas crisis energéticas generadas por la principal fuente de
energía no renovable: el petróleo.
Históricamente, el desarrollo tecnológico de las células solares se puede dividir en tres
grandes generaciones. En la primera generación las células fotovoltaicas eran principalmente de
Si y alcanzaban altas eficiencias de conversión (18-20%). Pero se basaban en la alta calidad de
los substratos de Si que es un método muy costoso. La estrategia en la segunda generación de
dispositivos fotovoltaicos se dirige hacía un abaratamiento de los costes con la consecuente
disminución de la eficiencia total, pero el aumento del volumen de ventas. La base de esta
generación son los dispositivos de lámina delgada: células de Si amorfo o policristalino, células
de CuInSe2 o de CdTe. La tercera generación de dispositivos fotovoltaicos es en la que nos
encontramos actualmente. En esta generación se proponen toda una nueva clase de tecnologías
emergentes que pretenden obtener dispositivos de alta eficiencia utilizando técnicas y procesos
de fabricación que no encarezcan excesivamente los costes. Estas nuevas tecnologías tienen el
potencial de superar las eficiencias máximas impuestas por límite termodinámico tradicional
que está situado entre el 30 y el 40%. De cumplirse los objetivos que se platean en esta tercera
generación, la energía fotovoltaica podría convertirse en una opción competitiva frente a otras
fuentes de energía no renovables.
Dentro de esta generación, uno de los conceptos más
prometedores que se está desarrollando en los últimos años es la célula solar basada en
materiales de Banda Intermedia (BI).
Una de las tecnologías para desarrollar materiales de BI es la introducción de una alta
concentración de átomos de impurezas que creen niveles profundos con energías situadas en el
medio de la banda prohibida de energías (gap) del semiconductor huésped.
Esto permitiría
excitar portadores no sólo desde la banda de valencia a la banda de conducción del
semiconductor mediante la absorción de fotones con energía igual o superior a la energía del
gap del semiconductor, tal y como en las células solares tradicionales, sino que se podrían
excitar electrones a la banda de conducción mediante fotones con energía inferior al gap del
semiconductor, aumentando notablemente la eficiencia de la célula fotovoltaica. El grupo de
Láminas Delgadas y Microelectrónica de la Facultad de Físicas en la Universidad Complutense
de Madrid, se dedica desde hace 5 años a investigar y desarrollar dentro de diversos proyectos*,
nuevas tecnologías para la obtención de células solares de BI.
Cálculos teóricos predicen para este tipo de células solares eficiencias de hasta el 60 %
muy por encima de la eficiencia actual para células de Si de una sola unión (22%). Es decir,
podríamos obtener con el mismo área de material muchos más fotones procedentes del sol para
obtener energía eléctrica
Quizá si la película de los Hermanos Marx hubiese sido filmada en el presente o en un
futuro próximo, el tren podría alimentarse con la energía eléctrica producida por células solares
de alta eficiencia, como las células solares de banda intermedia y Groucho Marx gritaría:
¡Más fotones, es la guerra!
* Consolider INGENIO 2010- GENESIS FV (CSD 2006-0004) y NUMANCIA II (S-2009/ENE-1477).