Científicos de la Universidad de Michigan crearon lo que se encamina a convertirse en una emergente opción de célula solar (en realidad captura el calor de la radiación solar) que refleja el 99% de la energía que no puede ser convertida en electricidad promete ayudar a reducir el precio del almacenamiento de energía renovable, así como hacer posible la recolección del calor residual de los tubos de escape de los coches y las chimeneas.
La tecnología de almacenamiento de energía renovable almacena la electricidad generada por la energía eólica y solar en un banco de calor – un tanque de silicio fundido, por ejemplo – o químicamente, en las llamadas “baterías de flujo”, de donde se puede recuperar por la noche o cuando el viento no sopla.
Los bancos de calor pueden ser más baratos que las baterías de flujo, pero dependen de un tipo especial de panel fotovoltaico que, en lugar de capturar la luz solar y generar electricidad, convierte el calor almacenado en electricidad.
En comparación con los paneles solares ordinarios, estos paneles fotovoltaicos térmicos necesitan ser capaces de capturar menos fotones de energía – paquetes de luz o calor – porque el depósito de calor emite radiación a una frecuencia mucho más baja que la del sol.
Para maximizar la eficiencia, los ingenieros han tratado de reflejar los fotones de muy baja energía en el banco de calor. De esta manera, la energía es reabsorbida y tiene otra oportunidad de fusionarse y ser reemitida en forma de un productor de fotones y electricidad de alta energía.
Las células termofotovoltaicas, hechas con una película de oro que funciona como un espejo, reflejan el 95% de la “luz” – en el espectro infrarrojo – que no puede absorber. Suena muy bien, pero si el 5% de la luz se pierde con cada salto, esa luz tiene en promedio 20 posibilidades de ser reemitida en un fotón con suficiente energía para ser transformada en electricidad.
El aumento del número de oportunidades abre la posibilidad de utilizar materiales más baratos que el oro, que son más selectivos en cuanto a las energías de los fotones que aceptarán. Esto tiene beneficios adicionales: los fotones de mayor energía producen electrones de mayor energía, lo que significa mayores voltajes y menos energía perdida durante la distribución de la electricidad.
Hay mucha gente trabajando en esto, pero fue Dejiu Fan y sus colegas de la Universidad de Michigan, EE.UU., quienes hicieron un avance significativo.
Para mejorar la reflectividad, Fan añadió una capa de aire entre el semiconductor – el material que convierte los fotones en electricidad – y el soporte de oro. El oro es un mejor reflector si la luz lo golpea después de viajar por el aire, en lugar de venir directamente del semiconductor. Y, para minimizar el grado de anulación de las ondas de luz, el espesor de la capa de aire debería ser similar a la longitud de onda de los fotones.
Pocos creían que era posible ajustar con precisión este “puente aéreo”, con un tramo tan largo y sin soporte mecánico intermedio, pero el equipo logró utilizar una película semiconductora de sólo 1,5 micrómetros de espesor, que está separada por 70 micrómetros de aire de la película dorada, que tiene 8 micrómetros de ancho.
La célula termofotovoltaica alcanzó una eficiencia de conversión calor-electricidad del 30%.
Y el equipo dice que ya tiene unas cuantas cartas bajo la manga para aumentar aún más la eficiencia añadiendo “nueves” adicionales al porcentaje de fotones reflejados – por ejemplo, aumentar la reflectividad al 99,9 por ciento (desde el 95 por ciento actual) le daría al calor 1.000 posibilidades de convertirse en electricidad.