Las células solares de película fina, de bajo coste, no son tan eficientes como las células solares convencionales, sin embargo un nuevo tipo de recubrimiento que incorpora partículas metálicas a nanoescala podría ayudar a acortar las diferencias. Broadband Solar, una startup surgida de la Universidad de Stanford el año pasado, está desarrollando un tipo de recubrimiento que incrementa la cantidad de luz que estas células son capaces de absorber.

En base a modelos informáticos y experimentos iniciales, una célula de silicio amorfo podría pasar de convertir alrededor del 8 por ciento de la energía de la luz en electricidad a convertir alrededor del 12 por ciento. Eso haría a ese tipo de células competitivas con las células solares de película fina líderes producidas en la actualidad, como las que fabrica First Solar, con sede general en Tempe, Arizona, según afirma Cyrus Wadia, codirector de Programa de Tecnología Limpia en el Mercado en la Escuela de Negocios Haas de la Universidad de California, Berkeley. El silicio amorfo tiene la ventaja de ser mucho más abundante que los materiales utilizados por First Solar. Las capas de cobertura también podrían ser aplicadas a otros tipos de células solares de película fina, incluidas las de First Solar, para incrementar su eficiencia.

Broadband cree que sus recubrimientos no incrementarán el coste de estas células solares puesto que llevan a cabo la misma función que los conductores transparentes usados en todas las células de película fina y podrían depositarse usando el mismo equipamiento.

Las partículas metálicas a nanoescala de Broadband toman la luz entrante y la redirigen a lo largo de la superficie de la célula solar, afirma Mark Brongersma, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en Stanford y consultor científico de la compañía. Como resultado, cada fotón hace un recorrido mayor a lo largo del material, incrementando sus probabilidades de sacar a un electrón antes de que pueda reflejarse fuera de la célula. Las nanopartículas también incrementan la absorción de luz mediante la creación de fuertes campos eléctricos locales.

Las partículas, que en esencia son antenas a nanoescala, son muy similares a las antenas de radio, afirma Brongersma. Son mucho más pequeñas puesto que las longitudes de onda con las que interactúan son mucho más cortas que las ondas de radio. De igual forma que las antenas convencionales convierten las ondas de radio entrantes en una señal eléctrica y transmiten señales eléctricas como ondas de radio, estas nanoantenas se basan en las interacciones eléctricas para recibir y transmitir la luz en el espectro óptico.

La interacción con la luz es tan fuerte puesto que los fotones entrantes en realidad se acoplan a las nanopartículas de metal de la superficie en forma de superficies de onda llamadas plasmones. Estos así llamados efectos plasmónicos ocurren en nanoestructuras hechas de metales altamente conductivos como el cobre, la plata y el oro. Los investigadores están tomando partido de los efectos plasmónicos para miniaturizar los ordenadores ópticos, y para crear microscopios de luz y litografía de mayor resolución. Broadband es una de las primeras compañías que trabajan para comercializar las células solares plasmónicas.

En su laboratorio de Stanford, Brongersma ha experimentado con distintos tamaños y formas de nanoestructuras metálicas, usando litografía mediante haces de electrones para tallar cada una de las células a la vez. Los distintos tamaños y formas de partículas metálicas interactúan fuertemente con los distintos colores de luz, y los dirigen a varios ángulos. El recubrimiento de célula solar ideal contendría nanoantenas con distintos tamaños y formas como para poder aprovechar todas las longitudes de onda del espectro solar y enviarlas a través de la células en ángulos amplios. Sin embargo, este proceso de tallado es demasiado laborioso como para ser comercializado.

A través de su trabajo con Broadband, Brongersma está desarrollando un método mucho más simple para fabricar las diminutas antenas a lo largo de áreas de gran tamaño. Esto requiere una técnica llamada “deposición por rociado,” utilizada de forma común dentro de la industria para fabricar películas finas de metal (incluyendo las que se usan en algunas bolsas de patatas fritas.) El rociado consiste en bombardear un sustrato con metal ionizado. Bajo las condiciones apropiadas, afirma, “debido a la tensión en la superficie, el metal se convierte en bolas de partículas como las gotas de agua sobre un coche encerado.” Las nanopartículas resultantes varían en forma y tamaño, lo que significa que interactúan con distintas longitudes de onda de luz. “Nos basamos en este factor aleatorio” para hacer que las películas respondan al amplio espectro encontrado en la luz, señala.

Broadband está desarrollando en la actualidad unas técnicas para incorporar las nanoantenas de metal a películas transparentes de óxido conductivo sobre áreas de gran tamaño. Ser capaz de alcanzar los niveles a gran escala de la manufactura de componentes solares de película fina será importantísimo para lograr comercializar estos recubrimientos.

La compañía ha estado utilizando dinero de ángeles inversores para poner a prueba sus recubrimientos plasmónicos sobre pequeñas células prototipo. Hasta ahora, afirma Brongersma, la mejora en la corriente de las células es la misma que la obtenida en las simulaciones. En la actualidad, y según informa Anthony Defries, director general de Broadband, la compañía está a la búsqueda de capital de riesgo para escalar sus procesos.