Los investigadores de UC Berkeley acaban de batir otro récord en eficiencia fotovoltaica, un logro que podría conducir a un motor ultraligero que puede alimentar drones durante días.

Durante los últimos 15 años, la eficiencia de convertir el calor en electricidad con energía termovoltaica se ha estancado en un 23 por ciento. Pero una visión física innovadora ha permitido a los investigadores aumentar esta eficiencia al 29 por ciento. Usando un diseño novedoso, los investigadores ahora tienen como objetivo alcanzar el 50 por ciento de eficiencia en un futuro próximo mediante la aplicación de conceptos científicos bien establecidos.

Este avance tiene grandes implicaciones para las tecnologías que actualmente dependen de baterías pesadas para obtener energía. Los termofotovoltaicos son una fuente de energía alternativa ultraligera que podría permitir que los drones y otros vehículos aéreos no tripulados funcionen continuamente durante días. También podría usarse para alimentar sondas de espacio profundo durante siglos y, finalmente, una casa entera con un generador del tamaño de una envolvente.

Su trabajo fue descrito en un artículo publicado esta semana en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Los termofotovoltaicos son compactos y extremadamente eficientes para una amplia gama de aplicaciones, de aquellos que requieren tan solo 100 vatios, [como] un vehículo aéreo no tripulado ligero, a 100 megavatios, [proporcionando] electricidad para 36, 000 viviendas. En comparación, una central eléctrica de ciclo combinado de 100 megavatios es enorme, "dijo Eli Yablonovitch, profesor de ingeniería eléctrica e informática (EECS) y autor correspondiente del artículo.

Según Yablonovitch, este hallazgo se basa en el trabajo que él y sus estudiantes publicaron en 2011, que descubrió que la clave para aumentar la eficiencia de las células solares no era absorber más fotones (luz) sino emitirlos. Al agregar un espejo altamente reflectante en la parte posterior de una celda fotovoltaica, rompieron récords de eficiencia en ese momento y han continuado haciéndolo con investigaciones posteriores.

Cinta de grafito (barra incandescente) que calienta la celda termofotovoltaica que se encuentra debajo. (Foto de Luis M. Pazos Outόn, UC Berkeley)

"Lo que hace el espejo es crear un denso gas fotónico luminiscente infrarrojo dentro de la célula solar, un fenómeno que agrega voltaje, —dijo Yablonovitch.

Recientemente, su equipo reconoció que este espejo podía cumplir una doble función. De hecho, resuelve uno de los mayores desafíos de la termofotovoltaica:cómo explotar los fotones térmicos (calor) que tienen muy poca energía para producir electricidad. Resulta que el espejo puede reflejar esos pequeños fotones para recalentar la fuente térmica, proporcionando una segunda oportunidad para que se cree un fotón de alta energía y se genere electricidad. Este fenómeno conduce a una eficiencia sin precedentes.

"Hemos logrado este resultado récord a pesar de que solo estamos usando un simple espejo dorado. Ahora, agregaremos una capa dieléctrica sobre el oro, y eso mejorará nuestra eficiencia al 36 por ciento, "dijo Luis M. Pazos Outόn, investigador postdoctoral en EECS y uno de los autores principales del artículo.

"Con solo aumentar la reflectividad, obtendremos un 36 por ciento de eficiencia. Pero al hacer otros ajustes en la celda, utilizando técnicas probadas en la literatura científica, sabemos que podemos llegar al 50 por ciento de eficiencia, "dijo Zunaid Omair, investigador estudiante de posgrado en EECS y primer autor del artículo. "Antes de nuestro resultado, La eficiencia termofotovoltaica se había estancado en un 23 por ciento durante mucho tiempo, así que pasar del 23 al 29 por ciento es realmente importante ".