Un nuevo diseño de célula solar que favorece la transparencia podría combinar una alta eficiencia con una vida útil estimada de 30 años, según ha demostrado una investigación dirigida por la Universidad de Michigan. Esto podría allanar el camino a las ventanas que también proporcionan energía solar.
Aunque el silicio sigue siendo el rey de la eficiencia de los paneles solares, no es transparente. Para conseguir paneles solares aptos para ventanas, los investigadores han estado explorando materiales orgánicos. El reto para el equipo de Forrest era cómo evitar que los materiales orgánicos de conversión de luz muy eficientes se degradaran rápidamente durante su uso.
La fuerza y la debilidad de estos materiales residen en las moléculas que transfieren los electrones fotogenerados a los electrodos, los puntos de entrada al circuito que utiliza o almacena la energía solar. Estos materiales se conocen generalmente como “aceptores no fullerenos” para diferenciarlos de los “aceptores fullerenos”, más robustos pero menos eficientes, hechos de malla de carbono a nanoescala. Las células solares fabricadas con aceptores no fullerénicos que incorporan azufre pueden alcanzar eficiencias del 18%, que rivalizan con el silicio, pero no duran tanto.
El equipo, formado por investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y de las universidades de Tianjin y Zhejiang (China), se propuso cambiar esta situación. En sus experimentos, demostraron que, sin proteger el material que convierte la luz solar, la eficiencia caía a menos del 40% de su valor inicial en 12 semanas bajo el equivalente a una iluminación solar.
Al estudiar la naturaleza de la degradación de esas células solares sin protección, el equipo reconoció que sólo necesitaban apuntalarlas en unos pocos puntos. En primer lugar, debían bloquear la luz ultravioleta. Para ello, añadieron una capa de óxido de zinc -un ingrediente habitual de los protectores solares- en la cara del cristal que daba al sol.
Una capa más fina de óxido de zinc junto a la región que absorbe la luz ayuda a conducir los electrones generados por el sol hacia el electrodo. Desgraciadamente, también descompone el frágil absorbedor de luz, por lo que el equipo añadió una capa de un material a base de carbono llamado IC-SAM como amortiguador.
Además, el electrodo que atrae los “agujeros” de carga positiva -esencialmente los espacios que dejan libres los electrones- al circuito también puede reaccionar con el absorbedor de luz. Para proteger ese flanco, añadieron otra capa amortiguadora, esta vez un fullereno con forma de balón de fútbol.
A continuación, el equipo probó sus nuevas defensas bajo diferentes intensidades de luz solar simulada. Al estudiar cómo se degradaba el rendimiento, el equipo extrapoló que las células solares seguirían funcionando con un 80% de eficiencia después de 30 años.
Forrest ve un futuro de estos dispositivos “llegando a una ventana cerca de ti“. Su equipo ya ha aumentado la transparencia del módulo al 40%. Creen que pueden acercarse al 60% de transparencia.
También están trabajando para aumentar la eficiencia desde el 10% logrado en los módulos semitransparentes de los que se ha informado, hasta acercarse al 15% que se cree posible con una alta transparencia. Como los materiales pueden prepararse como líquidos, se espera que los costes de fabricación sean relativamente bajos.
Fuente:
https://ecoinventos.com/celulas-solares-michigan-para-ventanas/
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