imagen./ cumbre pueblos
2023-10-24
Innovaciones en materiales para celdas solares
La energía solar es obtenida a partir de la radiación electromagnética del sol, el cual es una fuente de energía inagotable y renovable. Este tipo de energía es producida mediante la instalación de paneles solares, con los cuales se obtiene energía térmica por medio de sistemas fototérmicos o electricidad, a partir de sistemas fotovoltaicos.
La energía solar fotovoltaica es un tipo de energía que genera electricidad a través de instalaciones de paneles solares, que tienen la capacidad de transformar la radiación del sol directamente en electricidad. En la actualidad, las células fotovoltaicas más rentables y duraderas están construidas a partir de silicio monocristalino, otras células menos eficientes y más económicas son las producidas con silicio policristalino y, finalmente, se encuentran las que están hechas a base de silicio amorfo, siendo estas últimas las células con más bajo desempeño, funcionalidad y costo.
En los últimos años, diversos equipos de investigadores han estado trabajando en el desarrollo de células solares producidas a partir de una combinación orgánica e inorgánica de elementos que asimilan la composición química del mineral perovskita, un material cristalino compuesto por materias primas económicas y de fácil acceso.
Las celdas solares de perovskita son un tipo de celdas de tercera generación con una película delgada compuesta por materiales como carbonato de calcio, titanio, oxígeno, estroncio y/o compuestos artificiales. Una de las fuertes ventajas de las células de perovskita es que se pueden emplear como reemplazo o complemento del silicio utilizado en las celdas solares tradicionales. Se espera que en un futuro próximo los desarrollos en células solares de perovskita puedan ser comercializados a bajo costo, con una mayor eficiencia y estabilidad en la conversión de potencia y una optimización en el grado de adaptabilidad a otros tipos de dispositivos electrónicos, móviles, portátiles, etc.
En el desarrollo de materiales alternativos al silicio empleado en la producción de células solares, se destaca el estudio realizado por investigadores de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, quienes crearon un moderno y eficiente material para la construcción de paneles solares con la cualidad de ser quince veces más fino que el papel. El novedoso material es fabricado con dicalcogenuros semiconductores de metales de transición (TMD), el cual permite que las celdas solares tengan la capacidad de absorber un mayor nivel de luz comparado con las celdas solares de silicio. El proyecto busca que este tipo de paneles incrementen la eficiencia del nivel de conversión de energía, optimizando el sistema óptico en términos eléctricos y consiguiendo un menor volumen. Los investigadores esperan crear en un futuro cercano paneles solares livianos y prácticos que puedan enrollarse, transportarse e instalarse con facilidad.
Otro de los avances que se destaca en la fabricación de células fotovoltaicas, es la investigación realizada por especialistas en química de la Universidad Estatal de Colorado, en Estados Unidos, la cual propone la producción de células solares por medio del uso de un material denominado disulfuro de molibdeno (abundante en el planeta), en lugar de silicio. En la investigación se implementaron diferentes técnicas fotoelectroquímicas y espectroscópicas combinadas en experimentos que dieron como resultado la creación de dos tipos de películas extremadamente finas con propiedades como la resistencia a la corrosión, cualidades lubricantes, grandes capacidades para la absorción de luz (a pesar de que en el experimento se utilizaron películas con tres átomos de espesor). Además, encontraron un asombroso y eficiente nivel de conversión de luz a energía, un hallazgo podría duplicar la eficiencia de las placas solares utilizadas en la actualidad.
Finalmente, se destaca el estudio titulado en español “Ventana inteligente multifuncional con almacenamiento de energía electrocrómico alimentada por una célula solar CZTSSe para la gestión inteligente de la radiación solar del edificio”. Los investigadores dirigidos por la Universidad de Henan, de la República Popular de China, partiendo de la utilización de una fina capa de kesterita (CZTSSe), crearon un novedoso prototipo de ventana solar inteligente. El prototipo combina una ventana electrocrómica compuesta por óxido bimetálico de níquel y cobalto (NiCoO2) con células solares de una película ultradelgada de kesterita. La integración genera posibilidades de autoalimentación y ajustes inteligentes de la radiación solar; además, amplía el grado de almacenamiento de energía. Este desarrollo demostró una alta eficiencia para ser implementado en edificaciones y un impacto económico en los costos de producción.
La transición energética hacia nuevos y modernos sistemas de generación de electricidad, a partir de fuentes renovables y limpias, es un cambio necesario para cumplir los objetivos y las metas de desarrollo sostenible planteados en 2016 por la Organización de las Naciones Unidas. Por lo cual, es imprescindible que este tipo de investigaciones enfocadas en la creación de nuevos materiales para la generación de energía solar fotovoltaica y otras energías limpias sean financiadas, promovidas e implementadas por los distintos gobiernos, el sector privado, la academia y las instituciones internacionales.
Mauro Sastoque Campos
Periodista, escritor y diseñador para la Comunicación Gráfica.
Revista Virtualpro
Referencias
Acosta, S. (2023). La perovskita se posiciona para doblegar al silicio en los paneles solares del futuro. El Periódico de la Energía.
Ambiente Soluciones. (s. f.). Los nuevos materiales para hacer paneles solares en Colombia. https://www.ambientesoluciones.com/portal/noticias-de-actualidad/los-nuevos-materiales-para-hacer-paneles-solares-en-colombia
Austin, R., Farah, Y. R., Sambur, J. B. & Sayer, T. (2023). Hot carrier extraction from 2D semiconductor photoelectrodes. PNAS, 120(15). https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2220333120
Autosolar. (s. f.). ¿Con qué material se fabrica el panel solar? https://autosolar.pe/aspectos-tecnicos/con-que-material-se-fabrica-el-panel-solar
Bellini, E. (2023). Nuevo prototipo de ventana solar basada en células fotovoltaicas de kesterita. Pv magazine. https://www.pv-magazine.es/2023/07/31/nuevo-prototipo-de-ventana-solar-basada-en-celulas-fotovoltaicas-de-kesterita/
Brongersma, M. L., Daus, A., Chen, M. E., Hong, J., Islam, R., Kananian, S., Kim, K. H., Kumar, A., Lee, N., Nazif, K. N., Nitta, F., Park, J. H., Poon, A. S. Y., Pop, E., Saraswat, K. C. & Vaziri S. (2021). High-specific-power flexible transition metal dichalcogenide solar cells. Nature Communication, 12(7034). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27195-7
Cui, X., Kou, Z.,, Lei, P., Tong, X., Wang, J., Yi Gao, Y., Wu, S. & Zhang, S. (2023). Multi-functional electrochromic energy storage smart window powered by CZTSSe solar cell for intelligent managing solar radiation of building. Elsevier, 254(1). https://doi.org/10.1016/j.solmat.2023.112273
EDP. (2022). ¿De qué material se componen las placas solares?https://www.edpenergia.es/es/blog/energia-fotovoltaica/material-placas-solares/
Eco Experts. (2023). Paneles solares y el potencial de la perovskita.
https://www.theecoexperts.com/es/placas-solares/perovskita#
Fischer, A. (2023). Primer intento de fabricar células solares de película fina a partir de disulfuro de molibdeno. Pv magazine. https://www.pv-magazine-latam.com/2023/04/21/primer-intento-de-fabricar-celulas-solares-de-pelicula-fina-a-partir-de-disulfuro-de-molibdeno/
IES-UPM. (s. f.). ¿Qué es una célula solar de perovskita? https://mastersolar.ies.upm.es/que-es-una-celula-solar-de-peruskita/
Photón Renovables. (2022). Nuevos materiales para mejorar los módulos fotovoltaicos. https://photonrenovables.com/nuevos-materiales-para-mejorar-los-modulos-fotovoltaicos/
Repsol. (s. f.). ¿Qué es la energía solar y qué beneficios tiene? https://www.repsol.com/es/energia-futuro/futuro-planeta/energia-solar/index.cshtml
Revista Virtualpro
Publicación virtual académico-científica, indexada a nivel Latinoamérica. Presenta la información de una forma innovadora a través de documentos hipertexto, multimedia e interactivos que complementan el proceso de enseñanza-aprendizaje en diferentes programas académicos relacionados con procesos industriales. Cuenta con un comité editorial y científico internacional ad honorem presente en diferentes países de Latinoamérica.