Las celdas solares como fuente de energía renovable basada en materiales inorgánicos han mostrado un gran desarrollo en las últimas décadas, sin embargo el alto costo de su producción ha imposibilitado su amplio uso. Así, el empleo de materiales orgánicos en la fabricación de celdas solares es una alternativa actualmente considerada por diversos grupos como una tecnología paralela potencialmente útil. Los retos principales para las celdas orgánicas son el aumento de la eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica, y el lograr un mayor tiempo de vida.
En particular, la energía solar está siendo explotada de varias maneras, pero la tecnología más frecuentemente usada es la de celdas solares basadas en silicio, donde la transformación directa de la luz del sol en electricidad se realiza a través del efecto fotovoltaico.
La maduración de la tecnología de los OLEDs impulsó a otras tecnologías basadas en materiales orgánicos. Dos ejemplos son las celdas solares conocidas como celdas OPVs y las de estructura semi-líquida e híbrida que contienen un electrolito líquido y colorantes sensibilizadores, conocidas comoDSSC. Las celdas OPVs presentan actualmente una eficiencia de alrededor de 9 % mientras que las celdas DSSC tienen una eficiencia típica de 11 %.
El mayor costo en la producción de electricidad con celdas solares inorgánicas comparado con los métodos tradicionales se debe a los costos de fabricación de estos dispositivos. Obsérvese que para la fabricación de las celdas basadas en silicio normalmente se requiere de cuartos limpios. Esto es, para producir estas celdas inorgánicas se requiere un control en la cantidad de partículas del aire, temperatura, humedad, flujo de aire, presión interior del aire, iluminación, etc. Estos cuartos limpios pertenecen a una tecnología muy costosa que pocas instituciones pueden tener, sobre todo cuando se trata de una fabricación a gran escala. Por el contrario, para producir las celdas OPVs no se requiere tener un control estricto de los parámetros antes mencionados y pueden fabricarse en laboratorios con equipos mucho más económicos sin necesidad de cuartos limpios. Un cuarto limpio en su costo inicial es de decenas de miles de dólares, y también el precio de mantenimiento es muy alto.
Por todo lo anterior, es difícil decir cuántas veces más económica será la producción de celdas OPVs en comparación con el costo de producción de celdas inorgánicas. Sin embargo es claro que, por el simple hecho de no requerir cuartos limpios para la fabricación de celdas orgánicas, se puede señalar un menor costo en la energía obtenida.
Por otra parte, las celdas OPVs podrían, en su producción, tener menores impactos al medio ambiente que otro tipo de celdas, incluso al tratarse de materiales orgánicos se puede lograr una descomposición natural de los mismos. Además, los materiales empleados en celdas orgánicas tienen propiedades superiores ya que son muy ligeros, pueden ser transparentes y flexibles, características inherentes de su naturaleza orgánica.
Por todo lo anterior, para que las celdas OPVs tengan realmente un impacto comercial profundo, es necesario que las eficiencias de conversión de luz solar a eléctrica sean mayores al 10 %, con un tiempo de vida de años y contar con sistemas de almacenamiento de energía adecuados. Para lograr este impacto se hace notar que el número de publicaciones científicas y de grupos de investigación en este campo se han incrementado considerablemente en los últimos años.
Una de las ventajas que tienen los compuestos orgánicos es la versatilidad con la que se pueden realizar modificaciones en su estructura química que permitan modular sus propiedades mecánicas, ópticas y electrónicas. En cuanto a sus propiedades mecánicas, un claro ejemplo es la posibilidad de fabricar de manera relativamente fácil y rápida películas de estado sólido con grosores comparables al de un cabello humano (películas gruesas) o bien cerca de mil veces más delgadas (películas delgadas).
Este tipo de celdas generan energía eléctrica y conjuntamente con otras fuentes de energía renovables podrán jugar un papel importante para cubrir las necesidades energéticas en un futuro. Para sustituir las fuentes de energía no renovables se tendrá, entre otras alternativas, que recurrir a diversas tecnologías que satisfagan nuestras necesidades actuales de consumo energético.
Las celdas OPVs pertenecen a una de esas tecnologías y actualmente buscan complementar y/o sustituir en lo posible el uso de la tecnología basada en materiales inorgánicos. Entre las ventajas de las celdas OPVs se tiene el poder tener un costo menor en la producción de energía ya que no se requiere de laboratorios sofisticados, de alto costo y de mantenimiento elevado; asimismo, generar menor cantidad de contaminantes durante su producción. Para un mayor éxito de las celdas OPVs es necesario, aparte de la búsqueda de una mayor eficiencia de conversión, el de incrementar su tiempo de vida y el de tener una tecnología adecuada para el almacenamiento de la energía eléctrica producida.
Fuente:
Por todo lo anterior, es difícil decir cuántas veces más económica será la producción de celdas OPVs en comparación con el costo de producción de celdas inorgánicas. Sin embargo es claro que, por el simple hecho de no requerir cuartos limpios para la fabricación de celdas orgánicas, se puede señalar un menor costo en la energía obtenida.
Por otra parte, las celdas OPVs podrían, en su producción, tener menores impactos al medio ambiente que otro tipo de celdas, incluso al tratarse de materiales orgánicos se puede lograr una descomposición natural de los mismos. Además, los materiales empleados en celdas orgánicas tienen propiedades superiores ya que son muy ligeros, pueden ser transparentes y flexibles, características inherentes de su naturaleza orgánica.
Por todo lo anterior, para que las celdas OPVs tengan realmente un impacto comercial profundo, es necesario que las eficiencias de conversión de luz solar a eléctrica sean mayores al 10 %, con un tiempo de vida de años y contar con sistemas de almacenamiento de energía adecuados. Para lograr este impacto se hace notar que el número de publicaciones científicas y de grupos de investigación en este campo se han incrementado considerablemente en los últimos años.
Una de las ventajas que tienen los compuestos orgánicos es la versatilidad con la que se pueden realizar modificaciones en su estructura química que permitan modular sus propiedades mecánicas, ópticas y electrónicas. En cuanto a sus propiedades mecánicas, un claro ejemplo es la posibilidad de fabricar de manera relativamente fácil y rápida películas de estado sólido con grosores comparables al de un cabello humano (películas gruesas) o bien cerca de mil veces más delgadas (películas delgadas).
Este tipo de celdas generan energía eléctrica y conjuntamente con otras fuentes de energía renovables podrán jugar un papel importante para cubrir las necesidades energéticas en un futuro. Para sustituir las fuentes de energía no renovables se tendrá, entre otras alternativas, que recurrir a diversas tecnologías que satisfagan nuestras necesidades actuales de consumo energético.
Las celdas OPVs pertenecen a una de esas tecnologías y actualmente buscan complementar y/o sustituir en lo posible el uso de la tecnología basada en materiales inorgánicos. Entre las ventajas de las celdas OPVs se tiene el poder tener un costo menor en la producción de energía ya que no se requiere de laboratorios sofisticados, de alto costo y de mantenimiento elevado; asimismo, generar menor cantidad de contaminantes durante su producción. Para un mayor éxito de las celdas OPVs es necesario, aparte de la búsqueda de una mayor eficiencia de conversión, el de incrementar su tiempo de vida y el de tener una tecnología adecuada para el almacenamiento de la energía eléctrica producida.
Fuente:
https://www.redalyc.org/pdf/4576/457645123003.pdf
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