Revolución en el sector energético: Alemania y Japón crean un asombroso panel solar de molibdeno con un 130% de eficiencia

El panel solar de silicio que la mayoría conoce y que equipa tejados y campos fotovoltaicos en todo el mundo opera con un límite que la industria ya de por sí da por sentado. Y es que en este mismo sentido, los semiconductores de silicio solo convierten en electricidad los fotones cuya energía encaja en un rango concreto del espectro luminoso.

Los fotones de alta energía se aprovechan solo en parte; el exceso se pierde como calor antes de llegar al circuito eléctrico. Ese techo, conocido como límite de Shockley-Queisser, ha funcionado durante décadas como el horizonte que la tecnología no lograba cruzar. «Hasta ahora», pronunciaron en alto científicos alemanes y japoneses.

El panel solar de molibdeno que genera más portadores de energía que fotones recibe

Investigadores de la Universidad de Kyushu (Japón) y la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (Alemania) acaban de publicar en el Journal of the American Chemical Society un estudio que plantea una vía para sortear ese límite combinando dos fenómenos físicos. El compuesto que articula el sistema es un complejo metálico basado en molibdeno.

El valor que ha llamado la atención es el rendimiento cuántico del 130%. Ese porcentaje necesita una aclaración, claro, porque no significa que el dispositivo genere un 130% más de electricidad que un panel convencional.

El rendimiento cuántico mide cuántos portadores de energía produce el sistema por cada fotón absorbido. En un semiconductor convencional, esa proporción es aproximadamente de uno a uno. Superar ese umbral implica que el sistema genera más portadores de los que cabría esperar por el número de fotones que absorbe.

Los experimentos registraron rendimientos de entre el 112% y el 132%, con una media del 130%. El mecanismo que hace posible ese resultado combina la fisión singlete y el comportamiento de un complejo de molibdeno que actúa como emisor de inversión de espín.

La colaboración entre los dos grupos de investigación surgió a través del investigador Adrian Sauer, que identificó la compatibilidad entre el trabajo alemán sobre el molibdeno y los avances japoneses en fisión singlete y propuso integrarlos en un único sistema experimental.

En términos prácticos, lo que el avance certifica es que existe una vía química y física para que un fotón de alta energía genere dos portadores en lugar de uno. Hasta ahora, ese potencial se disipaba. El molibdeno, en este esquema, es el material que permite atraparlo.

La fisión de este avance en energía solar: un fotón que se convierte en dos

La fisión singlete es el fenómeno central del avance. Cuando un fotón de alta energía incide sobre un material adecuado, en lugar de generar un solo portador de energía, puede dividirse en dos paquetes de energía de menor intensidad (excitones triplete). Cada uno puede originar, por separado, un portador. ¿El resultado? Un fotón produce dos en lugar de uno.

El problema habitual con este proceso es que la energía extra tiende a escaparse a través del FRET (transferencia de energía resonante de Förster), un fenómeno que actúa como una vía de pérdida. En los sistemas estudiados hasta ahora, esa fuga neutralizaba buena parte de la ganancia.

El complejo de molibdeno resuelve ese problema. Funciona como un filtro selectivo. Es decir, cuando absorbe luz, un electrón cambia su estado de espín, lo que le permite capturar la energía multiplicada producida por la fisión singlete y, al mismo tiempo, bloquear el FRET.

La energía que en un sistema convencional se desperdiciaría queda atrapada y disponible para convertirse en corriente. El sistema utilizó materiales basados en tetraceno para ejecutar la fisión singlete, con el complejo de molibdeno actuando en la fase de captura.

Del laboratorio al tejado: ¿Qué falta todavía para que el panel solar de molibdeno se comercialice?

Antes de precipitarse, hay que aclarar que el sistema funciona en disolución líquida, en condiciones de laboratorio controladas. La Universidad de Kyushu es explícita al respecto y afirma que el salto al estado sólido, necesario para integrar este mecanismo en paneles solares reales instalados sobre tejados o en instalaciones fotovoltaicas, sigue siendo un desafío abierto.

El siguiente paso de la investigación consiste en trasladar el comportamiento del sistema de la solución al sólido sin que el mecanismo pierda eficiencia durante ese cambio. En el campo de los materiales fotovoltaicos, esa transición ha demostrado en otras tecnologías ser un proceso largo y técnicamente exigente.

Por estos motivos, lo que el estudio aporta no es un producto listo, sino una prueba de concepto con un número concreto detrás: el 130% de rendimiento cuántico.

Y aunque parezca un dato irrelevante, para quienes están en la industria y la ciencia, este hallazgo pasa a ser referencia indiscutida para la siguiente generación de investigación sobre eficiencia fotovoltaica.

Y todo, en un momento en que la demanda de energía renovable exige avances que el silicio convencional ya no puede ofrecer por sí solo.