Las ‘células solares transparentes’ pueden llevarnos hacia una nueva era de energía personalizada.
Los científicos diseñan nuevas células solares transparentes utilizando películas delgadas de silicio, con una generación de energía eficiente.
La energía solar ha mostrado un inmenso potencial como fuente de energía futurista y ‘limpia’. No es de extrañar que los ecologistas de todo el mundo hayan estado buscando formas de hacer avanzar la tecnología actual de células solares. Ahora, los científicos han presentado un diseño innovador para el desarrollo de una célula solar transparente de alta potencia. Esta innovación nos acerca a la realización de nuestro objetivo de un futuro verde sostenible con una vida fuera de la red.
Hoy, la inminente crisis del cambio climático exige una transición de los combustibles fósiles de uso convencional a fuentes eficientes de energía verde. Esto ha llevado a los investigadores a estudiar el concepto de «energía personalizada«, que haría posible la generación de energía in situ. Por ejemplo, las células solares podrían integrarse en ventanas, vehículos, pantallas de teléfonos móviles y otros productos cotidianos.
Pero para ello, es importante que los paneles solares sean prácticos y transparentes. Con este fin, los científicos han desarrollado recientemente dispositivos «fotovoltaicos transparentes» (siglas en inglés: TPV), versiones transparentes de la celda solar tradicional. A diferencia de las células solares opacas y oscuras convencionalmente (que absorben la luz visible), los TPV utilizan la luz «invisible» que cae en el rango ultravioleta (UV).
¿Qué pasaría si las ventanas de los edificios producen energía solar?
Desde luego parecía una hazaña muy lejana dado que hasta ahora este tipo de diseño era solamente un 70% transparente o limitaban completamente la visibilidad.
Como solución a la respuesta, los investigadores de la Universidad de Michigan han creado paneles solares transparentes, 100% Transparentes. Células fotovoltaicas de energía solar 100% transparentes que van a revolucionar probablemente el abastecimiento de energía renovable de esos grandes rascacielos con ventanales inmensos.
Los investigadores llaman a este panel “Concentrador Solar Luminiscente Transparente (Transparent Luminescent Solar Concentrator)” más o menos como el concentrador solar transparente luminiscente, que hace uso de moléculas orgánicas. Con su vidrio 100% claro, tiene la capacidad de absorber la luz ultravioleta y luces infrarrojas. Las células solares fotovoltaicas reúnen la luz y la convierten en electricidad.
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés), las tecnologías solares pueden tener eficiencias que van desde el ocho por ciento a casi cuarenta por ciento, dependiendo de las propiedades particulares. Un panel convencional tiene una eficiencia de alrededor del 15%.
Las nuevas células son menos eficientes que los fotovoltaicos tradicionales, que, absorben una mayor gama de longitud de onda, pero que podrían permitir la recolección de energía en superficies que de otro modo, nunca se pueden utilizar para generar energía.
Diferencias con las células solares convencionales
Las diferencias pueden ser de «tipo húmedo» (basadas en solución) o «tipo seco» (compuestas por semiconductores de óxido metálico).
De estas, las células solares de tipo seco tienen una ligera ventaja sobre las de tipo húmedo: son más fiables, ecológicas y rentables.
Además, los óxidos metálicos son adecuados para aprovechar la luz ultravioleta. Sin embargo, a pesar de todo esto, el potencial de los “Termofotovoltaica (TPV: Thermophotovoltaic) de óxido metálico” no se ha explorado completamente hasta ahora.
Con este fin, investigadores de la Universidad Nacional de Incheon, República de Corea, idearon un diseño innovador para un dispositivo TPV a base de óxido metálico. Insertaron una capa ultra fina de silicio (Si) entre dos semiconductores transparentes de óxido de metal con el objetivo de desarrollar un dispositivo TPV eficiente.
Estos hallazgos se publicaron en un estudio en Nano Energy, que estuvo disponible en línea el 10 de agosto de 2020 (antes de la publicación final programada en la edición de diciembre de 2020).
El profesor Joondong Kim, quien dirigió el estudio, explica: «Nuestro objetivo era diseñar una célula solar transparente de alta producción de energía, incrustando una película ultrafina de Si amorfo entre óxido de zinc y óxido de níquel».
Ventajas del nuevo dispositivo termofotovoltaico
Este novedoso diseño que constaba de la película de Si tenía tres ventajas principales.
- Permitió la utilización de luz de longitud de onda más larga (a diferencia de los TPV desnudos).
- Resultó en una colección de fotones eficiente.
- Permitió un transporte más rápido de partículas cargadas a los electrodos.
Además, el diseño puede generar electricidad incluso en situaciones de poca luz (por ejemplo, en días nublados o lluviosos). Los científicos confirmaron además la capacidad de generación de energía del dispositivo usándolo para operar el motor de CC de un ventilador.
Con base en estos hallazgos, el equipo de investigación es optimista de que pronto será posible la aplicabilidad en la vida real de este nuevo diseño de TPV.
Aplicaciones de la nueva célula solar transparente
En cuanto a las aplicaciones potenciales, hay muchas, como explica el profesor Kim: «Esperamos extender el uso de nuestro diseño de TPV a todo tipo de material, desde edificios de vidrio hasta dispositivos móviles como automóviles eléctricos, teléfonos inteligentes y sensores».
No solo esto, el equipo está emocionado de llevar su diseño al siguiente nivel, utilizando materiales innovadores como semiconductores 2D, nano cristales de óxidos metálicos y semiconductores de sulfuro. Como concluye el profesor Kim, «nuestra investigación es esencial para un futuro verde sostenible, especialmente para conectar el sistema de energía limpia con una huella de carbono mínima o nula«.
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