Los primeros paneles solares de diamante han abierto la puerta a un material que supera todos los límites fotovoltaicos
En la carrera por superar las limitaciones físicas del silicio, la industria fotovoltaica está apostando por un material que supera en resistencia, capacidad calorífica y eficacia en la conducción de energía térmica incluso a las revolucionarias perovskitas: el diamante.
Qué son los paneles solares de diamante. Hay muchos tipos de paneles solares de tercera generación que intentan reemplazar las células de silicio. Las células fotovoltaicas de diamante sustituyen el silicio por capas de diamante sintético. El diamante no es un semiconductor, pero cuando se dopa con ciertos elementos puede convertirse en uno muy interesante.
Cuanto más se investiga el diamante semiconductor como sustituto del silicio para las células fotovoltaicas, más opciones tiene de superar las limitaciones teóricas de los paneles solares tradicionales. Y dejarlas básicamente obsoletas.
Cuáles son sus ventajas. El diamante tiene la conductividad térmica más alta de todos los materiales conocidos, lo que podría dar lugar a paneles solares con una rápida capacidad de disipar el exceso de calor que tradicionalmente degrada los paneles solares de silicio.
El diamante es, como todo el mundo sabe, extremadamente duro y resistente (incluso a la radiación), pero también tiene propiedades electrónicas muy favorables para la captación de energía solar, como una alta movilidad de los portadores de carga (electrones y huecos) que podría disparar la eficiencia de los paneles solares a límites desconocidos.
Bandgap ajustable. El diamante tiene una banda prohibida muy ancha que los científicos están intentando ajustar mediante dopaje para crear un material óptimo para la absorción y conversión de energía solar.
Se espera que los paneles solares de diamante puedan absorber y convertir un rango más amplio del espectro de luz solar, incluidos los rayos violeta y ultravioleta, otra ventaja que aumentaría su eficiencia.
¿Y sus desventajas? Hay una gran barrera de entrada que es su precio. La producción de diamantes sintéticos de alta calidad es costosa y técnicamente compleja, por lo que el principal desafío de su investigación es dar con un proceso de fabricación más eficiente.
Poco a poco se están consiguiendo avances en este sentido. El diamante sintético se puede fabricar a partir de una mezcla barata de carbono e hidrógeno, normalmente compuesta de metano y dióxido de carbono atmosférico, en un proceso conocido como deposición química de vapor (CVD).
La mezcla de gases se introduce en una cámara de vacío, donde se activa mediante el calor de microondas, filamento caliente o plasma. En este proceso, el hidrocarburo se descompone y los átomos de carbono se depositan sobre un sustrato como silicio o metal, creando una fina capa de diamante.
Un supermaterial para casos extremos. Como ocurre con las células solares de silicio, conseguir un diamante de mayor pureza supone un coste adicional en el proceso de fabricación, que puede estar justificado por los beneficios a largo plazo en términos de rendimiento y calidad.
Los paneles solares de diamante tienen mucho camino por recorrer para alcanzar el coste/beneficio del silicio puro y superar a las perovskitas, un mineral que también se empieza a sintetizar para células fotovoltaicas. Mientras tanto, el diamante dopado será la opción ideal para casos en los que la resistencia y eficiencia de los paneles solares deba ser extrema, como la exploración espacial.
Imágenes | US Air Force / SLAC National Accelerator Laboratory
