Energía solar: cómo un diseño de "lona solar" puede aprovechar el poder del sol

El potencial de generación de energía de los paneles solares, y una limitación clave en su uso, es el resultado de lo que están hechos. Los paneles de silicio están disminuyendo en precio, por lo que en algunos lugares pueden proporcionar electricidad que cuesta aproximadamente lo mismo que la energía de combustibles fósiles como el carbón y el gas natural. Pero los paneles solares de silicio también son voluminosos, rígidos y quebradizos, por lo que no se pueden usar en cualquier lugar.

En muchas partes del mundo que no tienen electricidad regular, los paneles solares pueden proporcionar luz de lectura después del anochecer y energía para bombear el agua potable, ayudar a las pequeñas empresas domésticas o de las aldeas, o incluso atender refugios de emergencia y campamentos de refugiados. Pero la fragilidad mecánica, la pesadez y las dificultades de transporte de los paneles solares de silicio sugieren que el silicio puede no ser lo ideal.

Sobre la base del trabajo de otros, mi grupo de investigación está trabajando para desarrollar paneles solares flexibles, que serían tan eficientes como un panel de silicona, pero serían delgados, livianos y flexibles. Este tipo de dispositivo, que llamamos una “lona solar”, podría extenderse hasta el tamaño de una habitación y generar electricidad a partir del sol, y podría tener el tamaño de una toronja y guardarse en una mochila como Hasta 1.000 veces sin romper. Si bien se han realizado algunos esfuerzos para hacer que las células solares orgánicas sean más flexibles simplemente al hacerlas ultrafinas, la durabilidad real requiere una estructura molecular que haga que los paneles solares sean flexibles y resistentes.

Semiconductores de silicio

El silicio se deriva de la arena, lo que lo hace barato. Y la forma en que sus átomos se empaquetan en un material sólido lo convierte en un buen semiconductor, lo que significa que su conductividad se puede activar y desactivar mediante campos eléctricos o luz. Debido a que es barato y útil, el silicio es la base de los microchips y las tarjetas de circuitos en computadoras, teléfonos móviles y básicamente todos los demás dispositivos electrónicos, transmitiendo señales eléctricas de un componente a otro. El silicio también es la clave para la mayoría de los paneles solares, ya que puede convertir la energía de la luz en cargas positivas y negativas. Estas cargas fluyen hacia los lados opuestos de una célula solar y se pueden usar como una batería.

Pero sus propiedades químicas también significan que no se puede convertir en electrónica flexible. El silicio no absorbe la luz muy eficientemente. Los fotones pueden pasar directamente a través de un panel de silicona demasiado delgado, por lo que tienen que ser bastante gruesos (alrededor de 100 micrómetros, aproximadamente el grosor de un billete de un dólar) para que no se desperdicie nada de luz.

Semiconductores de próxima generación

Pero los investigadores han encontrado otros semiconductores que son mucho mejores para absorber la luz. Un grupo de materiales, llamado "perovskites", se puede usar para fabricar células solares que son casi tan eficientes como las de silicio, pero con capas que absorben la luz que son una milésima del espesor necesario con silicio. Como resultado, los investigadores están trabajando en la construcción de células solares de perovskita que puedan impulsar pequeños aviones no tripulados y otros dispositivos donde la reducción de peso es un factor clave.

El Premio Nobel de Química del 2000 se otorgó a los investigadores que descubrieron que podían hacer otro tipo de semiconductor ultra delgado, llamado polímero semiconductor. Este tipo de material se denomina "semiconductor orgánico" porque se basa en el carbono y se denomina "polímero" porque consiste en largas cadenas de moléculas orgánicas. Los semiconductores orgánicos ya se usan comercialmente, incluso en la industria de miles de millones de dólares de pantallas orgánicas de diodos emisores de luz, más conocidas como televisores OLED.

Los semiconductores de polímero no son tan eficientes para convertir la luz solar en electricidad como las perovskitas o el silicio, pero son mucho más flexibles y potencialmente más duraderos. Los polímeros regulares, no los semiconductores, se encuentran en todas partes en la vida diaria. Son las moléculas que componen el tejido, el plástico y la pintura. Los semiconductores de polímero tienen el potencial de combinar las propiedades electrónicas de materiales como el silicio con las propiedades físicas del plástico.

Lo mejor de ambos mundos: eficiencia y durabilidad

Dependiendo de su estructura, los plásticos tienen una amplia gama de propiedades, que incluyen tanto flexibilidad como con una lona; Y rigidez, como los paneles de carrocería de algunos automóviles. Los polímeros semiconductores tienen estructuras moleculares rígidas, y muchos están compuestos de pequeños cristales. Estas son claves para sus propiedades electrónicas, pero tienden a hacerlas frágiles, lo que no es un atributo deseable para los artículos flexibles o rígidos.

El trabajo de mi grupo se ha centrado en identificar formas de crear materiales con buenas propiedades semiconductoras y la durabilidad de los plásticos por los que se sabe, ya sean flexibles o no. Esto será clave para mi idea de una lona solar o una manta, pero también podría llevar a materiales para techos, baldosas para exteriores o incluso a las superficies de carreteras o estacionamientos.

Este trabajo será clave para aprovechar el poder de la luz solar, ya que, después de todo, la luz solar que golpea la Tierra en una sola hora contiene más energía que la que consume toda la humanidad en un año.

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation por Darren Lipomi. Lee el artículo original aquí.