Ahora que las células solares basadas en tecnología de silicio casi han alcanzado sus límites de eficiencia, investigadores de todo el mundo están buscando tecnologías alternativas para mejorar aún más la eficiencia de las células solares. Los físicos de AMOLF y la Universidad de Cambridge han utilizado técnicas de modelado para comparar dos tecnologías tan prometedoras:multiplicadores de fotones de fisión singlete y células solares en tándem. Si bien la mejora potencial de la eficiencia es casi igual, el multiplicador de fotones de fisión singlete resultó ser más estable en condiciones climáticas variables. También, el multiplicador de fotones de fisión singlete no requiere modificaciones en la tecnología de silicio, lo que significa que incluso podría usarse para mejorar las células solares existentes. Los investigadores han publicado sus hallazgos en Letras de energía ACS .

Durante los últimos 20 años, la eficiencia de las células solares de silicio récord producidas en el laboratorio aumentó solo en un 2 por ciento, y será muy difícil hacer más mejoras en los próximos años. La razón principal es que las células solares convencionales desperdician una gran parte de la luz solar entrante. La tecnología del silicio simplemente no puede convertir toda la luz solar en energía eléctrica porque el silicio solo absorbe parte del espectro solar. También, los fotones de alta energía de la parte azul del espectro no se convierten de manera eficiente, y generan calor no deseado en la celda solar.

En el instituto de investigación AMOLF, el grupo de células solares híbridas dirigido por Bruno Ehrler estudia las propiedades de los semiconductores orgánicos para superar las limitaciones de las células solares inorgánicas (silicio). "Hay dos estrategias prometedoras que mejorarían enormemente las células solares, "dice el estudiante de doctorado Moritz Futscher." El primero, tecnología de células solares en tándem basada en una combinación de materiales híbridos de perovskita y silicio, recibe mucha atención y es estudiado extensamente por investigadores de todo el mundo. También estudiamos perovskitas, pero también somos uno de los pocos grupos de investigación que estudia la segunda tecnología, que aprovecha un proceso llamado fisión singlete ".

La fisión singlete es un proceso que ocurre solo en semiconductores orgánicos. Cuando se absorbe un fotón de alta energía, Se genera una partícula de alta energía llamada excitón singlete. Este excitón singlete se convierte en dos excitones triplete, cada uno de los cuales tiene aproximadamente la mitad de la energía del excitón singlete. "Con este enfoque, creamos dos fotones de menor energía a partir de un fotón de alta energía. Estos fotones luego se emiten a la celda solar subyacente a través de puntos cuánticos, partículas diminutas hechas de semiconductores, "Explica Futscher." De esta manera, la fisión singlete sirve como un multiplicador de fotones ".

Futscher y sus colegas compararon teóricamente los multiplicadores de fotones de fisión singlete con células solares en tándem que usan una combinación de perovskitas y silicio en condiciones climáticas reales. "Sabemos que las células solares en tándem funcionan muy bien en regiones soleadas, pero tienen un rendimiento inferior en regiones con condiciones climáticas fluctuantes. Así que tomamos en cuenta el clima y el espectro solar, ", dice Futscher." Descubrimos que la combinación de un multiplicador de fotones de fisión singlete y células solares de silicio funciona tan bien como la combinación de perovskitas con silicio (tándem). Sin embargo, bajo condiciones climáticas fluctuantes que se encuentran en los Países Bajos, el multiplicador de fotones de fisión singlete demuestra ser una opción más estable ".

El hecho de que las células solares basadas en la fisión singlete funcionen potencialmente tan bien como las células solares en tándem, e incluso mejor, en determinadas circunstancias, lo convierte en una alternativa muy interesante. "Estos multiplicadores de fotones son fáciles de hacer. Básicamente es una delgada lámina de plástico que se puede colocar encima de una celda solar existente. No es necesario cambiar la tecnología de la celda solar en sí misma, ", dice Futscher." Aunque la tecnología funciona mejor con las últimas células solares de última generación, tal lámina de fisión singlete incluso mejoraría el rendimiento de las células solares de silicio en uso, especialmente bajo las diferentes condiciones climáticas a las que nos enfrentamos en los Países Bajos ".