Colocados generalmente sobre tejados y distribuidos en granjas solares, los paneles solares de células solares de silicio son, de momento, uno de los sistemas más eficientes para generar electricidad a partir de la luz solar. Pero su fabricación tiende a ser costosa, con un alto consumo energético, además de resultar pesados y voluminosos. Las posibles alternativas de células solares ultrafinas presentadas hasta ahora tampoco han resuelto el problema ya que contienen elementos tóxicos, como el plomo o el cadmio, o muy escasos, como el indio o el telurio.

 

En la búsqueda de nuevas tecnologías para desarrollar sistemas fotovoltaicos delgados, las células solares basadas en nanocristales de sulfuro de bismuto y plata (AgBiS2) han emergido con fuerza. Son células compuestas por elementos no tóxicos y relativamente abundantes, producidas a bajas temperaturas y con técnicas de procesamiento de bajo coste. Estos elementos pueden integrarse en células solares ultrafinas y han demostrado ser muy estables, lo que evita su degradación a largo plazo.

 

En 2016, en el marco de una investigación liderada por Gerasimos Konstantatos, profesor ICREA del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Barcelona, se logró fabricar una célula solar de 35 nanómetros de espesor y con una eficiencia de alrededor del 6%. Esta célula estaba hecha con un material semiconductor absorbente basado en nanocristales de AgBiS2. Se sintetizó a temperaturas muy bajas (100 grados centígrados, un orden de magnitud inferior a la temperatura en la que se fabrican las células de silicio) y se diseñó a la nanoescala, mediante un proceso de deposición capa por capa. Esta solución representaba una alternativa “verde” prometedora frente al silicio aunque aún no se consiguió lograr un rendimiento lo suficientemente relevante para su comercialización.

 

En los últimos años, muchos estudios han buscado formas y técnicas para mejorar el rendimiento de este tipo de células y han encontrado que el espesor óptimo de estos semiconductores absorbentes está estrechamente relacionado con sus coeficientes de absorción. El objetivo de todo este esfuerzo es encontrar una célula solar ultrafina con una alta eficiencia de absorción, una eficiencia cuántica y un máximo rendimiento, reduciendo al mismo tiempo su coste, peso y fabricación. Sin embargo, en el proceso de intentar desarrollar células solares ultrafinas, el hecho de trabajar con estructuras complejas para atrapar la luz incrementa el coste y añade complejidad al problema. Hay que tener que cuenta que cuanto más delgada es la estructura, más difícil es obtener una absorción de energía óptima.

 

Para salvar este desafío, los investigadores del ICFO Yongjie Wang, Ignasi Burgues-Ceballos, en colaboración con el profesor David Scanlon del University College de Londres (UCL) en el Reino Unido, el profesor Aron Walsh del Imperial College de Londres, y Seán Kavanagh de estas dos últimas instituciones, dirigidos por Konstantatos, han logrado dar un salto considerable consiguiendo un resultado innovador. En un nuevo estudio publicado en la revista académica Nature Photonics, han ideado y comprobado una nueva técnica para la fabricación de estas células solares basadas en AgBiS2 con unos coeficientes de absorción más altos que los logrados con cualquier otro material fotovoltaico comparable utilizado hasta ahora.