Al utilizar un truco generalmente usado para enfriar los chips de alto rendimiento de los ordenadores, los investigadores de IBM han encontrado la manera de fabricar células fotovoltaicas concentradas que son más eficientes a la hora de convertir la energía solar en electricidad.

Los investigadores han demostrado que es posible incrementar alrededor de 10 veces la concentración de luz sobre estas células, sin que esto haga que se derritan. Según afirman, esto podría multiplicar por cinco la cantidad de energía eléctrica utilizable que es producida.

IBM no es conocida por su trabajo en energía solar, sin embargo eso ha cambiado recientemente debido al coste creciente de combustible y el interés en las energías alternativas y renovables, comenta Supratik Guha, científico líder de la investigación de fotovoltaicas en el T.J. Watson Research Center de IBM ubicado en Yorktown Heights (Estados Unidos). “Alrededor de un año y medio atrás, decidimos volcarnos a la investigación de la fotovoltaica”, declara.

El principio que se sigue con las células fotovoltaicas concentradas es el de usar una lente grande para enfocar la luz sobre un pedazo relativamente pequeño de material semiconductor fotovoltaico. El beneficio resultante es que solo se utiliza una fracción del material semiconductor y por ende, los costes son más reducidos.

Existe un número de empresas que se dedican al marketing de estas tecnologías, pero uno de los desafíos esenciales es tener que lidiar con las cantidades enormes de calor producido por los rayos solares enfocados, explica Guha. “En realidad se está recalentando el chip. Cuando su temperatura aumenta, su eficiencia decae, por lo que se necesita mantener la temperatura baja”. En general existen dos maneras para lograr esto: ya sea utilizando disipadores de calor pasivos, es decir, bloques metálicos que atraen el calor hacia afuera de la célula, o, para sistemas de temperatura más elevada, utilizar enfriamiento por agua (que bombea agua a través de un disipador de calor metálico para atraer la energía termal hacía afuera de modo más eficiente).   

En muchos aspectos, este problema es muy similar al de enfriar los chips de los ordenadores, algo en lo que IBM tiene mucha experiencia, según comenta Guha. Los chips de  tecnología punta rinden 100 vatios por centímetro cuadrado, que es similar a lo que las células fotovoltaicas concentradas tienen que soportar, añade.

Así que Guha adaptó un material desarrollado por IBM, actualmente utilizado para los chips, para mejorar la transferencia de calor entre una célula fotovoltaica y un disipador de calor enfriado con agua.

“Si se coloca un chip en un disipador de calor de cobre, la transferencia de calor interfacial no es lo suficientemente buena como para mantener la temperatura baja”, explica Guha. Esto se debe a las hendiduras microscópicas que ambas superficies poseen y que solo permiten un contacto de superficie relativamente pequeño entre las caras. Por eso las empresas fotovoltaicas tienden a utilizar varias pastas orgánicas para que actúen como interfaces térmicas. El problema es que dichos materiales no son particularmente efectivos en la transferencia de calor. 

La solución de IBM es colocar una capa extra-fina de metal líquido -un compuesto de galio e indio- entre las dos superficies. “El beneficio principal aquí es que es un metal, así que posee una conductividad termal muy alta”, explica Guha. Y debido a que es líquido, es posible hacer una capa muy fina, de alrededor de 10 micrómetros.

Utilizando esta solución sencilla, Guha y sus colegas han demostrado que ellos pueden enfocar el equivalente de 2.300 veces la energía natural del sol sobre un chip fotovoltaico de un centímetro cuadrado. Sin el enfriamiento, esto haría que el metal se derritiese, aclara Guha. La temperatura de la célula voltaica sería mayor que 1.500 grados centígrados y por lo tanto, simplemente se vaporizaría. Con el metal líquido y el sistema de enfriamiento con agua, el material fotovoltaico de IBM se mantiene a 85 grados centígrados.

“Estoy seguro de que habrá interés por parte de las empresas (de fotovoltaica concentrada) y es definitivamente algo que quisiéramos investigar”, declara Stephen Bates, CEO de Whitfield Solar en Reading en el Reino Unido. “Pero tendría que tener un coste excepcionalmente bajo porque la industria es muy sensible a los precios”, añade.

Sin embargo, y a pesar de lo prometedor que parece este método, IBM no planea ingresar en el mercado de la energía solar. “No planeamos fabricar sistemas (de fotovoltaica concentrada)”, sostiene Guha. En cambio, IBM está neociando con las empresas de células solares para hablar sobre la posibilidad de otorgar la tecnología bajo licencia”, concluye.