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El top en eficiencia energética en células solares lo lograba hace unos meses el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar, un centro alemán de renombre mundial, que conseguía una eficiencia de un 68,9% usando una tecnología nueva. Pues bien, la artífice de este logro es una joven investigadora española: Esther López Estrada, que tras su paso por el centro alemán ha vuelto ahora a trabajar al lugar donde empezó: el Instituto de Energía Solar de la Politécnica de Madrid, en donde investiga la conversión termofotovoltaica y el  almacenamiento de energía.


"Trabajar en el Fraunhofer ha sido un regalo para mi"

Del IES de Madrid al Fraunhofer de Friburgo. ¿Cuándo empezaste a trabajar en el centro alemán  y en qué consistió tu trabajo?

Trabajé en el Fraunhofer desde Mayo de 2017 a Julio de 2019, poco más de dos años. Mi trabajo allí consistió en tratar de aumentar la eficiencia de unos dispositivos fotovoltaicas llamados "láser power converters", que básicamente son células fotovoltaicas iluminadas con luz láser. El hecho de iluminar estas células con luz monocromática, cuya energía es ligeramente superior a la energía del gap de las células, disminuye drásticamente las pérdidas energéticas por termalización, por lo que sus eficiencias de conversión son mayores que las de las células solares. Por lo tanto, para aumentar la eficiencia de los láser power converters te tienes que centrar en minimizar el resto de pérdidas energéticas: pérdidas por transmisión, por reflexión y por recombinación.

Así dicho podría parecer fácil, pero seguro que no lo es. ¿Cómo se hace para minimizar esas pérdidas?
Poner capas altamente reflectantes (espejos) en la parte trasera de las células permite reducir estas pérdidas. Por un lado reduces las pérdidas por transmisión porque al producirse una reflexión en la parte trasera, doblas el camino óptico que recorre la luz incidente y por tanto aumentas su absorción. Por otro lado puedes reducir las pérdidas por reflexión gracias a las interferencias destructivas que se producen entre las reflexiones en la interfaz aire/célula y las reflexiones en la interfaz célula/espejo. Eligiendo cuidadosamente el espesor de cada una de las capas del dispositivo puedes conseguir que esta interferencia destructiva se produzca para energías cercanas al gap, que es la que nos interesa. Por último, con el uso de espejos se promueve el reciclaje (re-absorción) de fotones emitidos en procesos de recombinación, por lo que también se reducen este tipo de pérdidas, lo cual se traduce en un aumento de la tensión de salida. Cuanto más reflectivo es el espejo, más se reducen estas pérdidas. Por eso, buena parte de mi trabajo consistió en conseguir implementar espejos altamente reflectivos.

¿En qué medida este trabajo ayudó a aumentar la reflectividad de los espejos?

Me centré en fabricar espejos combinando capas metálicas (como oro y plata) con capas dieléctricas de bajo índice de refracción (como el fluoruro de magnesio), lo cual aumentaba la reflectividad de un 95% a un 98%. Este aumento puede parecer pequeño, sin embargo, tiene un impacto significativo en parámetros como la tensión de salida de los dispositivos fotovoltaicos. El problema era que estos espejos presentaban una débil adherencia entre las capas metálicas y las capas dieléctricas, que imposibilitaba el procesamiento de los dispositivos. Por ello invertí la mayor parte del tiempo estudiando estrategias que mejoraran esta adherencia, analizando distintos parámetros de deposición e incorporando capas intermedias, que fue lo que finalmente resolvió el problema.

Además de mejorar los espejos traseros, también mejoramos las mallas metálicas frontales utilizando "dedos" trapezoidales con una altura superior a las 3μm, que ofrecían una baja resistencia eléctrica y un sombreado casi marginal (gracias a su geometría, gran parte de la luz que incidía sobre estos dedos era redirigida al área activa de la célula). Por último, reduje los daños producidos en los dispositivos durante la deposición de capas antireflectantes, utilizando técnicas más inocuas para ello.

¿Qué ha significado para ti trabajar en el Fraunhofer?

Trabajar en el Fraunhofer ha sido un regalo para mi. Es un centro donde se respira mucha profesionalidad, y se cuida mucho la organización y la optimización de resultados. Esto hace que tengan una "máquina de trabajo" perfectamente engrasada: eficiencia alemana 100%. Allí he aprendido mucho, no sólo por el desarrollo del trabajo en sí, sino también gracias a la puesta en común con los compañeros que generosamente compartieron no sólo sus conocimientos sino también su ayuda. Sin duda, ha sido una experiencia muy importante en mi carrera profesional, que me ha permitido madurar y volver a España con nuevos conocimientos, un valioso know-how y una visión diferente de cómo hacer las cosas. Además, me ha permitido volver con unas buenas condiciones laborales, ya que gracias a mis dos años en el Fraunhofer pude obtener una beca de Atracción de Talento de la Comunidad de Madrid.

¿Qué es lo que más te costó de tu estancia en Alemania? ¿Diferencias culturales? ¿El idioma?
Al principio me costó todo. Recuerdo que la primera semana me dolía constantemente la cabeza por el esfuerzo de tener que utilizar constantemente otro idioma y tener que absorber mucha cantidad de información de golpe. Tenía que aprender todo de cero: las normas, los compañeros, los equipos, cómo se organizaba el trabajo, la información en las bases de datos, etc. Creo que tuvieron que pasar unos dos meses para que me sintiera adaptada y con autonomía suficiente para poder trabajar con normalidad. Pero al final te adaptas a todo, incluso a las diferencias culturales, y las asumes como propias: yo comía a las 12:30 (un plato rápido y al trabajo, nada de café o sobremesa), cenaba a las 19:00 y era puntual al minuto (porque si, allí se cuentan los minutos). Aunque nunca pude acostumbrarme a lo directos que son en Alemania, por ejemplo, si algo no está bien te pueden decir que es inaceptable, sin tratar de suavizarlo lo más mínimo.

 ¿Crees que los jóvenes investigadores españoles lo tienen fácil para poder vivir una experiencia como la tuya?
Claro que sí, si yo pude otros pueden también. Los jóvenes investigadores de España tienen formación de sobra para ello. Lo que ocurre es que, tanto en España como en otros países, la investigación está muy determinada por las condiciones de financiación que se tengan en cada momento. De forma que el tema sobre el que investigues, y el centro donde lleves a cabo la investigación, siempre dependerá de los proyectos que se estén desarrollando allí en ese momento.

¿Dónde trabajas ahora?
Ahora trabajo en el IES estudiando otro tipo de dispositivos fotovoltaicos, los conversores termofotovoltaicos que se utilizan en aplicaciones de almacenamiento de energía. Este trabajo me entusiasma por la relevancia que creo que puede tener para alcanzar una sociedad sostenible en el futuro, y me permite seguir madurando, dando nuevos pasos en el desarrollo de mi vida profesional. Por ejemplo, estoy empezando a diseñar proyectos de investigación propios, lo cual es posible gracias a la libertad y confianza que se respira en el IES en general y en mi grupo de investigación en particular.

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Saray
Excelente trayectoria e interesante proyecto presente y futuro. Enhorabuena
Sol Mediterráneo
Gracias por tu trabajo e ilusión. Mejorar la eficacia fotovoltaica es fundamental para la sociedad y el medioambiente y con personas como tu, lo estáis logrando.
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