Energía y medio ambiente

¿Son las células solares imprimibles el futuro del sector solar mundial?

¿Son las células solares imprimibles el futuro del sector solar mundial?

Circuitos eléctricos imprimibles [Fuente de imagen:Wikimedia Commons]

El fabricante estadounidense de células solares, Triton Solar, acaba de firmar un acuerdo de $ 100 millones para abrir una planta de fabricación en el estado indio de Karnataka, con el objetivo de comenzar la producción en el sitio a partir de agosto de 2016. La compañía anunció la decisión el 14th Diciembre, habiendo planeado ya, en abril, construir una instalación en Madhya Pradesh. Triton Solar tiene su sede en Nueva Jersey y se especializa en células solares imprimibles que funcionan con nanotecnología y se producen mediante una técnica de impresión patentada. Además de operar en condiciones exteriores, las células también pueden producir energía solar a partir de la iluminación ambiental, sin necesidad de luz solar directa.

Hasta ahora, pocas empresas u organizaciones han adoptado la película delgada solar imprimible, a pesar de que la tecnología llegó a los titulares hace dos años en 2013. En ese año, el Australian Victorian Organic Solar Cell Consortium (VICOSC), parte de Australian Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), demostró una ampliación de los procesos de impresión para células solares orgánicas que les permitió facilitar la impresión continua de células solares de heterounión en masa (BHJ) utilizando un sustrato de 30 cm de ancho. Se desarrollaron varios módulos de demostración para su evaluación. Se trataba de módulos de células sensibilizadas con colorante (DSC) que se pueden imprimir en varios sustratos, incluidos plástico, vidrio o acero. Operan a través de la capacidad de la tinta para capturar la luz solar y convertirla en electricidad. Esto podría permitirles integrarse en una variedad de elementos, como fundas para teléfonos inteligentes, tabletas o computadoras portátiles. Sin embargo, en la actualidad, son 10 veces menos eficientes que el silicio estándar.

En marzo de 2014, un equipo de científicos británicos del Laboratorio Nacional de Física (NPL) en Middlesex también desarrolló células solares imprimibles. Estos pueden operar en días sombríos cuando hay poca luz solar disponible y las aplicaciones potenciales incluyen la integración en el material de abrigos o bolsas donde podrían usarse para cargar dispositivos móviles.

Otra empresa involucrada en el desarrollo de la tecnología es Eight19, que utiliza materiales semiconductores orgánicos que se obtienen de materiales abundantes y potencialmente de bajo costo. Estos semiconductores tienen una fuerte capacidad de absorción de luz, alrededor de 100 veces más fuerte que la del silicio, y pueden producirse a partir de una solución en condiciones ambientales que, a su vez, hacen que el material sea ultrafino. Esto también significa que pueden imprimirse utilizando procesos continuos de impresión y recubrimiento de rollo a rollo, lo que reduce los costos. Los dispositivos de impresión utilizados para lograr esto ya están disponibles. Pueden imprimir material a varias decenas a varios cientos de metros por minuto y se utilizan comúnmente para producir envases y recubrimientos de alta calidad.

Dado que la película delgada es extremadamente liviana, no hay necesidad de ningún refuerzo en el techo y la capacidad de imprimir las celdas en una gama de colores significa que potencialmente podrían ser mucho menos molestas que los paneles solares de silicio estándar. La industria automotriz también se está interesando en la energía solar de película delgada imprimible, con miras a instalar potencialmente energía solar fotovoltaica en los techos de los automóviles, donde ayudarían a cargar los circuitos eléctricos del vehículo.

Esta tecnología aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, por lo que pasará un tiempo antes de que la veamos implementada comercialmente. Sin embargo, el progreso en esta área está siendo impulsado por universidades de todo el mundo y también por grandes empresas químicas. Muy a menudo, esto requiere algún tipo de acuerdo de asociación (Eight19 trabaja con la Universidad de Cambridge y varias empresas de desarrollo de materiales).

Sin embargo, la historia no termina ahí, porque las células solares orgánicas imprimibles ahora tienen una tecnología rival, las células solares de perovskita, que han alcanzado una eficiencia del 20 por ciento en comparación con solo el 10 por ciento.

La perovskita comenzó a llamar la atención del sector solar hace unos cinco años. Es un material que contiene plomo, yodo y un componente orgánico. Cuando se investigó por primera vez, la perovskita solo podía alcanzar el 3 por ciento de eficiencia, pero en solo cinco años, ahora ha aumentado al 20 por ciento, el doble que la película delgada orgánica imprimible mencionada anteriormente. Según Michael Grätzel, investigador solar de la Ecole Polytechnique de Lausana, Suiza, en una edición de Materiales de la naturaleza, el aumento de la perovskita de haluro metálico en el sector solar sorprendió a la comunidad fotovoltaica. Fiona Scholes, experta en energía fotovoltaica orgánica del CSIRO, en declaraciones a la revista Cosmos, describió el desarrollo como "sin duda el mayor avance en células solares orgánicas".

Células solares de estaño de perovskita [Fuente de imagen:Universidad de Oxford Press, Flickr]

Según el ingeniero de materiales Jinsong Huang de la Universidad de Nebraska, la clave de la capacidad de la perovskita para generar electricidad es su estructura interna, que permite que los electrones lleguen fácilmente al electrodo en una celda solar de perovskita impresa. Sin embargo, para competir de manera efectiva con el silicio, aún necesitaría alcanzar una eficiencia de alrededor del 25 por ciento, algo que puede ser posible en los próximos cinco años.

Hay algunas desventajas de las células solares de perovskita, como la sensibilidad a la humedad y el hecho de que contiene plomo, por lo que se convierte en una fuente de toxicidad si se rompe. Sin embargo, Huang cree que las células de perovskita podrían optimizarse para hacerlas más estables mientras otros investigadores están trabajando en formas de sustituir el contenido de plomo por algo menos dañino.

Fiona Scholes cree que las células solares imprimibles se convertirán en "una parte clave de la combinación de energías renovables" en los próximos años. Sin duda, es cierto, dada la necesidad de hacer algo con respecto al cambio climático descarbonizando el suministro de energía del mundo, que necesitamos investigar todas las vías que podamos.

Cada vez más, parece que las células solares imprimibles se convertirán en una parte importante de ese conjunto de herramientas de energía en general.

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