SPIE presenta un convertidor espectral transparente para mejorar el rendimiento de las células solares

SPIE, la Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica, ha diseñado un convertidor espectral solar accionado por la longitud de onda ultravioleta que puede colocarse sobre las células fotovoltaicas para aumentar su rendimiento.

El convertidor se basa en un material vitrocerámico (GC) GdPO4 dopado con iones de praseodimio (Pr) y europio (Eu). Este nuevo material, denominado GdPO4-GC:Eu3+/Pr3+, puede absorber los fotones UV de la radiación solar y reemitirlos como luz visible (VIS).

“Esto es posible gracias a la eficiente transferencia de energía que se produce entre los iones del material”, explican los investigadores. “Cuando un fotón UV incide sobre un ion Pr3+, genera un estado electrónico excitado. Esta energía acumulada tiene muchas posibilidades de ser transferida a un ion Gd3+, que libera parte de ella antes de transferir el resto a un ion Eu3+. Como resultado, los estados electrónicos excitados del ion Eu3+ sufren una transición descendente a estados de menor energía, emitiendo luz visible”.

Los científicos desarrollaron una muestra de convertidor de 2 mm de grosor sintetizada mediante el proceso MQ (melting quenching), una técnica tradicional de fabricación de vidrio.

A continuación probaron su rendimiento en condiciones de iluminación estándar sobre una célula solar basada en silicio amorfo y una célula solar de perovskita en un laboratorio climatizado con una temperatura de 20 ºC a 25 ºC y un nivel de humedad relativa del 30% al 40%. El convertidor se fijó a las células con aceite líquido de inmersión de índice uniforme para reducir la pérdida de luz.

Mediante estas mediciones, los académicos descubrieron que el convertidor absorbe simultáneamente fotones solares UV y luego emite fotones VIS, lo que, según ellos, se encuentra en la región de respuesta espectral (SR) del dispositivo de silicio amorfo. “La captación de luz incidente es fundamental para la eficiencia de las células solares de silicio amorfo”, explicaron además.

Los científicos afirmaron que el convertidor fue capaz de aumentar la corriente de cortocircuito de las células en comparación con los dispositivos de referencia sin cubierta ni filtros UV, y añadieron que la eficiencia de ambas células mejoró “eficazmente” gracias a la distribución espectral optimizada. También explicaron que el novedoso convertidor podría utilizarse como capa protectora en células solares capaces de mantener una elevada estabilidad térmica y química en el espacio.

El convertidor se presentó en el artículo “Ultraviolet-wavelength driven solar spectral converter for photovoltaic cell application” (Convertidor espectral solar impulsado por longitud de onda ultravioleta para aplicaciones de células fotovoltaicas), en Journal of Photonics for Energy.

“Serán necesarios más estudios para seguir mejorando la eficiencia de las células solares que utilizan materiales GC dopados como convertidores espectrales”, concluye el equipo de investigación. “Los trabajos futuros podrían centrarse en mejorar la rentabilidad ajustando las concentraciones de dopaje y optimizando el grosor de la capa protectora”.