El CPV sigue un enfoque complementario y usa ópticas de concentración para centrar la luz en pequeñas células. Las ópticas pueden estar diseñadas para alta o baja concentración.
Tal y como explica el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (National Renewable Energy Laboratory -NREL), perteneciente al Departamento de Energía norteamericano, los conceptos de baja concentración usan silicio u otras células de bajo coste; las ópticas de alta concentración suelen usar células de alta eficiencia más caras. Las células de alta eficiencia pueden reducir el coste por vatio si el coste de las células pequeñas es mínimo.
Según la NREL, los concentradores multijunta han alcanzado eficiencias mucho más altas que cualquier otro tipo de enfoque. Esto no es una sorpresa por dos razones:
(1) Teóricamente, las eficiencias más altas pueden ser alcanzadas si materiales semiconductores múltiples (con un amplio espacio de banda) son elegidos para alcanzar la distribución del espectro solar, y (2) los semiconductores compuestos usados en estas células son materiales directos para los espacios y pueden crecer con calidad casi perfecta. El enfoque multijunta ha sido descrito de manera amplia en la literatura correspondiente.
Sobre este asunto, Sarah Kurtz, científica principal, PhD, de NREL, comentó a CPVToday.com: "Teóricamente, uno espera que las células multijunta puedan alcanzar eficiencias más altas que células de un cruce, ya que pueden alcanzar el espacio de banda de materiales con los diferentes colores de la luz en el espectro solar, pero la clave para estas "altas eficiencias" es la calidad casi perfecta de los materiales de un sólo cristal. Alcanzar la alta eficiencia requiere hacerlo todo bien al mismo tiempo: calidad material casi perfecta, unir el espacio de banda a la energía de los fotones y concentrar la luz."
Recientemente, las células de concentración han alcanzado eficiencias cada vez más impresionantes, inspirando nuevo interés en la alta eficiencia, desde el punto de vista de la alta concentración.
En agosto de este año, los científicos en NREL marcaron un nuevo récord mundial en eficiencia de célula solar con un instrumento fotovoltaico que convierte el 40,8 por ciento de la luz que lo toca en electricidad. Es sabido que es el nivel de eficiencia confirmado más alto en un aparato fotovoltaico hasta la fecha.
La célula solar de triple junta metamórfica fue diseñada, fabricada y medida de forma independiente en NREL. El 40,8 por ciento de eficiencia fue medido bajo luz concentrada de 326 soles. Un sol es aproximadamente la cantidad de luz que normalmente choca contra la Tierra en un día soleado. La nueva célula es una candidata natural para el mercado de satélites espaciales y para los despliegues terrestres de CPV, que usan lentes o espejos que concentran la luz solar en las células solares.
La nueva célula solar difiere de manera significativa del anterior poseedor del récord, también basado en un diseño de NREL.
En lugar de usar wáfer de germanio, como la base de cruce del aparato, el nuevo diseño usa composiciones de fosfuro de galio y el arseniuro de galio indio para dividir el espectro solar en tres partes iguales que son absorbidas por cada una de las tres juntas de la célula para una eficiencia potencial mayor.
Esto se consigue haciendo crecer la célula solar en un wafer de arseniuro de galio, echándolo por encima y quitando el wafer. El resultado es un instrumento que es extremadamente delgado y ligero y representa una nueva clase de células solares con ventajas en el funcionamiento, diseño, operatividad y coste.
Sobre el nuevo diseño, que usa composiciones de fosfuro y arseniuro de galio indio, Sara dijo: "En pocas palabras, este enfoque, inventado por Mark Wanlass, y actualmente desarrollado bajo el liderazgo de John Geisz, hace crecer la célula multijunta en una configuración inversa."
"La célula de la parte superior GaInP crece primero, después los cruces de la parte baja de espacio de banda puede crecer de compuestos de aleación, con incremento de constantes de entramado, proporcionando gran flexiblidad en el diseño exacto. Una vez que el crecimiento epitaxial es completado, se quita el substrato, exponiendo la célula superior. Además de la gran flexibilidad de diseño, este enfoque proporciona la posibilidad de reducir el coste de substrato pudiendo reusar el substrato o usando uno de bajo coste (aún cristal simple, pero no eléctricamente activo). Este enfoque tiene la desventaja de necesitar acrecentar capas graduadas, añadiéndose al coste del crecimiento epitaxial" explicó Sarah, que hablará durante la Cumbre de CPV 2009 en EE.UU (que tendrá lugar entre el 3 y el 4 de febrero en San Diego).
Sobre como se midió el 40,8 por ciento de la eficiencia y también cuales fueron los mayores obstáculos para ello, Sarah dijo que la eficiencia fue medida usando un simulador flash, cambiando el espectro ajustando las condiciones de flash.
"Se trata de una medida difícil porque es complicado controlar el espectro de manera adecuada durante el corto flash. La incertidumbre de esta medición es más grande que la diferencia entre este 40,8 por ciento de eficiencia y las eficiencias campeonas registradas por Spectrolab y Emcore, que se aproximan o se exceden en un 40 por ciento. Una eficiencia de un sol es más fácil de medir porque el espectro de un simulador solar continuo puede ser medido y retocado para unir el espectro de referencia" dijo Sarah.
Comentando este asunto, el socio fundador de Sunrgi, el Dr. KRS Murthy, dijo, "Sí, algunas empresas han informado de esas eficiencias. Les damos la bienvenida, sin embargo tomará más tiempo para ese tipo de eficiencias transferirse del laboratorio a la planta de fabricación. Hay áreas para optimizaciones mayores en la eficiencia celular, para su capacidad actual de sostener elementos, extensión de saturación de célula y otros aspectos de empaquetamiento de la célula."
Según el Dr. Murthy, Sunrgi ya ha alcanzado cuatro veces la concentración solar, en comparación con otras empresas de CPV en esta industria.
"Otras mejoras estarán en la refrigeración, seguimiento y eficiencias generales del sistema. Sin embargo, el éxito de la industria fotovoltaica será pivotado en el coste de sistemas, el coste de las granjas soalres completamente instaladas y la velocidad de instalación. La velocidad es vital para medir el incremento de la demanda, no sólo en EE.UU, sino también en China e India, que son las más necesitadas de energía, son mercados de alto crecimiento para la energía. Otros grandes mercados energéticos incluyen países en Europa, Oriente Medio, Australia, Sudamérica y África", comentó el Dr. Murthy.
Cumbre CPV 2009, San Diego
( 3-4 de febrero de 2009). Más información:
http://www.cpvtoday.com/usa/programme.shtml
