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Ya son pocos los que desconocen que la energía fotovoltaica se ha convertido en la forma más barata de producir electricidad en nuestro planeta. Esto es, en gran medida, el resultado de una incesante labor investigadora por parte de muchos equipos y laboratorios de universidades y centros de investigación, entre ellos la Universidad de La Laguna. Sin embargo, la eficiencia de los módulos fotovoltaicos se sitúa alrededor de un 20%, mientras que el límite termodinámico se estima en un 86%.

Esto quiere decir que, a diferencia de otras tecnologías para la generación de energía eléctrica más maduras como la solar térmica, eólica, geotérmica  o hidráulica, que muestran eficiencias cercanas a sus límites teóricos, en el caso de la energía fotovoltaica queda mucho camino por recorrer. Este hecho es consecuencia, principalmente, de dos problemas pendientes aún de resolver. El primero consiste en que mucha de la energía de los fotones procedentes del sol se pierde al ser transferida a los electrones de la célula fotovoltaica. El segundo problema es que los electrones a los que los fotones han transferido la energía pierden parte de ella al pasar a alimentar la red eléctrica. La investigación que desarrollamos en la Universidad de La Laguna desde hace 20 años pretende dar solución al primero de estos problemas. 

La primera estrategia que empleamos fue diseñar “trampas” en la superficie de las células fotovoltaicas para que los fotones del sol no pudieran escapar. Para ello creamos estructuras porosas mediante procedimientos químicos y electroquímicos, que dieron buenos resultados. Sin embargo, nos encontramos con el inconveniente de que los contactos eléctricos para extraer los electrones les restaban a éstos mucha energía, resultando una pérdida energética muy sustancial. Optamos entonces por mejorar lo que ya existía. El camino elegido consistió en construir sobre la superficie de las células estructuras piramidales del tamaño de unas pocas micras. Esto facilitaba que los fotones procedentes del sol que se reflejan desde la superficie de la célula (un 33%) se volvieran a reflejar, con lo que las pérdidas se reducían (al 11%). Cambiamos la composición química de las pirámides para que el proceso de fabricación fuera más rápido y barato, con buenos resultados. El siguiente paso fue entonces transferir los conocimientos adquiridos a un fabricante de células fotovoltaicas, aunque tropezamos aquí con el problema de que, al haber publicado previamente los resultados en una revista científica, éstos eran accesibles a cualquiera y, por tanto, no había posibilidad de proteger los derechos de explotación. ¡Lección aprendida! A partir de entonces supimos guardar los resultados para poder utilizarlos en procesos de transferencia.

Una tercera vía de investigación fue introducir tierras raras (un conjunto de elementos químicos con prometedoras aplicaciones en este campo) en las células fotovoltaicas. Esto facilitaría que los fotones solares cambiaran su longitud de onda (ultravioleta) y pudieran así ser absorbidos en regiones del espectro (naranja-rojo) en las que la célula es más eficiente. Para ello probamos primero implantarlos en las primeras capas de las células utilizando un cañón de iones, pero esto resultó caro y no nos merecía la pena. Probamos entonces calentar la célula hasta que las tierras raras, depositadas en su superficie, se difundieran hacia su interior. Pero tampoco resultó, ya que lo elevado de las temperaturas llegaba a “derretir” los contactos eléctricos, produciendo daños; además, la conversión de fotones del ultravioleta al naranja-rojo era mínima. Por último, decidimos situar las tierras raras sobre la superficie con un polímero comercial de bajo coste. ¡Ahora sí! Se incrementó la eficiencia e iniciamos el proceso para obtener la patente en Europa de la especie activa en la que integramos las de tierras raras. Pero descubrimos, después de un año de trabajo en el procedimiento de patente, que alguien se nos había adelantado por poco y lo había logrado reivindicando una serie de familias de moléculas entre las que estaba la nuestra. Una nueva lección aprendida en el camino, que sin embargo no nos ha hecho desistir de nuestra línea de trabajo.

Además de los resultados obtenidos, financiados por cierto por proyectos nacionales, nuestras actividades, en las que participan 6 investigadores, han generado 4 tesis doctorales y de más de medio centenar de publicaciones. De esta forma, a lo largo de estos últimos 20 años, llenos de esfuerzos, errores y éxitos, hemos realizado avances considerables y generado un grupo de investigación consolidado.