¡¡Más fotones, es la guerra!!

En una película de los hermanos Marx, los protagonistas subían a un tren a vapor para llegar a su destino antes que “los malos”. Sin embargo, en el tren no había más carbón, así que para hacerlo funcionar, los hermanos Marx iban arrancando la madera con la que estaban fabricados los vagones. Durante toda la escena, Groucho Marx no dejaba de gritar: “¡Más madera, es la guerra!”. Al final de esa trepidante escena de acción de los años 30 consiguen llegar al destino, pero del tren, sólo queda su inservible esqueleto metálico.

En la sociedad actual, el tren del desarrollo tecnológico nos está permitiendo alcanzar una mayor calidad y esperanza de vida, sin embargo, este desarrollo implica la utilización de numerosos recursos energéticos. El rápido crecimiento que está experimentando la población mundial conduce además a un incesante aumento de la demanda de energía.

Asimismo, debido a nuestro actual modelo energético nos enfrentamos a serios problemas de impacto ambiental, tales como desertificación, reducción de la capa de ozono o cambio de los patrones climáticos, que podrían amenazar seriamente el bienestar de las generaciones futuras. Es por ello que cada vez se propone más un modelo de desarrollo sostenible, entendiéndose como tal aquel que propone un “desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”. En definitiva, el tren del desarrollo tecnológico no puede funcionar a costa de esquilmar los recursos naturales de nuestro entorno.

Dentro de la diversidad de factores necesarios para alcanzar este tipo de modelo sostenible, uno de los que tiene mayor relevancia es el que concierne a los recursos energéticos. Se pretende que las fuentes de energía tiendan a ser cada vez más y más limpias y totalmente renovables. Actualmente, cada vez son mayores los recursos y esfuerzo destinados en investigación para desarrollar este tipo de fuentes de energía, entre las que destacan principalmente la fotovoltaica, la hidráulica y la eólica. En concreto, la investigación en la energía solar fotovoltaica ha experimentado una constante evolución, acentuada especialmente en ciertos periodos por las diversas crisis energéticas generadas por la principal fuente de energía no renovable: el petróleo.

Históricamente, el desarrollo tecnológico de las células solares se puede dividir en tres grandes generaciones. En la primera generación, las células fotovoltaicas eran principalmente de Si y alcanzaban altas eficiencias de conversión (18-20%). Pero se basaban en la alta calidad de los substratos de Si, lo cual implica procesos de fabricación muy costosos. La estrategia en la segunda generación de dispositivos fotovoltaicos se dirige hacia un abaratamiento de los costes con la consecuente disminución de la eficiencia total, pero el aumento del volumen de ventas. La base de esta generación son los dispositivos de lámina delgada: células de Si amorfo o policristalino, células de CuInSe2 o de CdTe. La tercera generación de dispositivos fotovoltaicos es la que está en gestación actualmente.

Célula solar de banda intermedia

En esta generación se proponen toda una nueva clase de tecnologías emergentes que pretenden obtener dispositivos de alta eficiencia utilizando técnicas y procesos de fabricación que no incrementen excesivamente los costes. Estas nuevas tecnologías tienen el potencial de superar las eficiencias máximas impuestas por límite termodinámico tradicional que está situado entre el 30 y el 40%. De cumplirse los objetivos que se platean en esta tercera generación, la energía fotovoltaica podría convertirse en una opción competitiva frente a otras fuentes de energía no renovables. Dentro de esta generación, uno de los conceptos más prometedores que se está desarrollando en los últimos años es la célula solar basada en materiales de Banda Intermedia.

Una de las tecnologías para desarrollar materiales de banda intermedia es la introducción de una alta concentración de átomos de impurezas que creen niveles profundos con energías situadas en el medio de la banda prohibida de energías (gap) del semiconductor huésped. Esto permitiría excitar portadores no sólo desde la banda de valencia a la banda de conducción del semiconductor mediante la absorción de fotones con energía igual o superior a la energía del gap del semiconductor, tal y como en las células solares tradicionales, sino que se podrían excitar electrones a la banda de conducción mediante fotones con energía inferior al gap del semiconductor, aumentando notablemente la eficiencia de la célula fotovoltaica.

El Grupo de Láminas Delgadas y Microelectrónica de la Facultad de Ciencias Físicas en la Universidad Complutense de Madrid se dedica desde hace tiempo a investigar y desarrollar tecnologías para la obtención de células solares de banda intermedia. Cálculos teóricos predicen para este tipo de células solares eficiencias de hasta el 60%, muy por encima de la eficiencia actual para células de Si de una sola unión (22%). Es decir, que se podrían aprovechar con el mismo área de material muchos más fotones procedentes del sol para obtener energía eléctrica.

Quizá si la película de los Hermanos Marx hubiese sido hecha en el presente o en un futuro próximo, el tren podría alimentarse con la energía eléctrica producida por células solares de alta eficiencia como las células solares de banda intermedia, y Groucho Marx hubiese gritado: ¡¡Más fotones, es la guerra!!