Intentando reducir aún más el coste de la energía solar, Bandgap Engineering, una start-up de Woburn, Massachusetts, en Estados Unidos, está desarrollando una célula solar basada en nanohilos que podría generar el doble de energía que las células solares convencionales.

Es un proyecto a largo plazo, pero por ahora la empresa está a punto de comercializar una versión más sencilla de la tecnología, usando nanohilos de silicio capaces de mejorar el rendimiento y reducir el coste de las células solares de silicio convencionales. Bandgap afirma que sus nanohilos, que se pueden producir usando herramientas de fabricación ya existentes, aumentan la producción energética al aumentar la cantidad de luz que pueden absorber las células solares.

Ahora mismo la mayoría de los fabricantes de paneles solares no están construyendo nuevas fábricas porque el mercado para su producto está saturado. Pero si las condiciones del mercado mejoran y los fabricantes empiezan a construir, podrán introducir grandes cambios en las líneas de producción. En ese caso la tecnología de Bandgap serviría para que el cambio en las células solares fuera más significativo. Aumentar la absorción de luz permitiría, por ejemplo, que los fabricantes usaran obleas de silicio mucho más finas, abaratando así la partida que supone el coste mayor en la fabricación de una célula solar. También permitiría a los fabricantes usar alambres de cobre para recoger la carga de los paneles solares, en vez de los de plata que son más caros.

Estos cambios podrían conducir a paneles solares que convierten un 20 por ciento de la energía del sol en electricidad (en comparación con el 15 por ciento que logran la mayoría de las células solares actualmente) y además que su producción e instalación costara solo un dólar (unos 77 céntimos de euro) por vatio, afirma el director ejecutivo de Bandgap, Richard Chleboski. (En la actualidad la instalación cuesta algunos dólares por vatio, dependiendo del tamaño y del tipo que sean los paneles). A lo largo de la vida activa del sistema, los costes bajarían hasta unos 6-10 centavos de dólar por kilovatio hora (unos 4-8 céntimos de euro). Eso sigue siendo más caro que el coste de la energía generada por gas natural en Estados Unidos, que cuesta unos 4 centavos de dólar por kilovatio hora (unos 3 céntimos de euro), pero es lo suficientemente barato como para asegurar un mercado sustancial a la energía solar en muchas partes del mundo donde los costes energéticos son más altos, o incluso en determinados mercados nicho en Estados Unidos.

Al mismo tiempo, Bandgap está creando una tecnología que podría llegar algún día a mejorar la eficiencia de las células lo suficiente como para que la energía solar compitiera de forma generalizada con los combustibles fósiles. Si doblan la eficiencia de las células solares sin aumentar demasiado los costes de fabricación, estarían abaratando sustancialmente el coste por vatio de los paneles solares y se reduce a la mitad el coste de instalación, el mayor gasto en la energía solar en la actualidad, al hacer que sea posible conseguir la misma cantidad de energía de la mitad de células.

Tanto las células que Bandgap está a punto de presentar como las células que espera producir a largo plazo están basadas en la idea de minimizar la pérdida energética que se produce cuando la luz atraviesa una célula solar sin ser absorbida o cuando determinadas longitudes de onda de luz se absorben pero no tienen suficiente energía para desplazar los electrones y generar electricidad (esa energía se malgasta como calor). En una célula solar convencional, al menos dos terceras partes de la energía de la luz del sol se malgastan y normalmente mucho más.

La tecnología actual de la empresa aprovecha el hecho de que cuando la luz se encuentra con los nanohilos se refracta de tal forma que rebota dentro de la célula solar en vez de atravesarla o salir disparada. Eso aumenta las posibilidades de que se absorba.

Pero lo que Bandgap quiere hacer en última instancia es cambiar la forma en que se convierte la luz en electricidad dentro de la célula. Si los nanohilos se pueden hacer lo suficientemente uniformes, y si se pueden formar de tal manera que sus átomos se alineen en determinados planos, las diminutas estructuras podrían cambiar las propiedades electrónicas del silicio. Estos cambios permitirían a las células solares generar electricidad con luz de baja energía que normalmente solo produce calor, explica Marcie Black, fundadora de la empresa y directora de tecnología. Esto se lograría, en parte, proporcionando una forma de combinar energía de más de un fotón de luz de baja energía.

Esta tecnología puede tardar aún muchos años en desarrollarse. Para empezar, requiere un control muy preciso sobre las propiedades de cada uno de los millones de nanohilos. Además, las técnicas necesarias para fabricar las células solares pueden no ser lo suficientemente baratas o fiables como para producirlas a gran escala. Pero este tipo de células solares podría, en teoría, convertir el 60 por ciento de la energía de la luz del sol en electricidad. Eso es algo que será difícil lograr en la práctica, así que el objetivo de la empresa es un más modesto 38 por ciento de eficiencia, que sigue siendo más del doble que la eficiencia de las células de silicio que se fabrican en la actualidad.

Los investigadores también están siguiendo otros enfoques para producir células solares ultraeficientes, como por ejemplo usar puntos cuánticos o combinar distintos tipos de materiales (ver “Unos nuevos materiales mejoran las células fotovoltaicas”). Sin embargo, la tecnología de nanohilos podría ser más sencilla. “En teoría el método tiene muchas ventajas potenciales, pero hay que lograr que funcione”, afirma Andrew Norman, investigador senior del Laboratorio Nacional de Energías Renovables, cuya sede está en Golden, Colorado (EE.UU.). Bandgap no ha construido aún células usando el método que está desarrollando para largo plazo, pero ha dado pasos indirectos demostrando que sus nanohilos son capaces de cambiar las propiedades electrónicas del silicio. “Seguimos en fase de investigación”, afirma Black. “Estamos siendo muy sinceros con los inversores, aún queda mucho trabajo por hacer”.