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Empujando células solares de plástico
Las células solares de plástico son ligeras, flexibles y, lo que es más importante, económicas de fabricar. Pero hasta ahora, estos dispositivos han sido demasiado ineficientes para competir con las células solares de silicio en la mayoría de las aplicaciones. Ahora, investigadores de algunas instituciones afirman haber fabricado células solares de polímero con eficiencias récord. Estas células aún no son lo suficientemente buenas para competir con el silicio, pero la eficiencia de los polímeros ha aumentado a un ritmo de alrededor del 1 por ciento anual. Si pueden mantener esto, dicen los investigadores, las células solares de plástico competirán con el silicio dentro de unos años.
Polímeros potentes: Esta ilustración muestra las diferentes capas que componen una nueva celda solar de plástico con una eficiencia interna casi perfecta. De abajo hacia arriba, las capas son de vidrio, un electrodo transparente, dos capas de polímero, una capa de óxido de titanio que redistribuye la luz y un electrodo de aluminio.
Esta semana, en la edición online de Fotónica de la naturaleza , los investigadores informaron sobre las células solares de polímero que convierten alrededor del 6,1 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad, acercándose un poco más al 10 por ciento que dicen que será necesario para lograr una presencia significativa en el mercado. (Las células de silicio convencionales tienen una eficiencia de alrededor del 15 por ciento). Los nuevos números de eficiencia muestran que estamos en el juego, dice Alan Heeger , profesor de física en la Universidad de California, Santa Bárbara, quien dirigió la investigación. Heeger compartió el Premio Nobel de Química en 2000 por su papel en el desarrollo de los primeros polímeros conductores, y es cofundador y científico jefe de Konarka , una empresa de células solares de plástico con sede en Lowell, MA.
Los resultados de los investigadores de California se comparan muy favorablemente con las descripciones publicadas anteriormente de las células solares de polímero, cuya eficiencia ha rondado el 5 por ciento. Konarka dice que las células de la empresa, que utilizan materiales diferentes a las células fabricadas en el laboratorio de la universidad de Heeger, han sido calificadas recientemente en alrededor del 6,4 por ciento. Y un competidor en San Mateo, CA, llamado Energía Solarmer ha fabricado células de plástico con eficiencias similares, según un investigador afiliado.
Las células solares de plástico, por bien diseñadas que estén, tienen límites intrínsecos dictados por los polímeros que forman su capa activa. Los polímeros fabricados hasta ahora solo pueden absorber bandas de luz relativamente estrechas. Es posible aumentar su eficiencia de conversión de energía apilando películas de polímeros diseñados para captar diferentes bandas de luz; De hecho, el grupo de Heeger ha tenido cierto éxito con esto en el pasado. Pero este enfoque tiene una gran desventaja. La estratificación es contraproducente porque aumenta los costos de fabricación, dice Luping Yu , profesor de química orgánica en la Universidad de Chicago, que también trabaja en células solares.
Una forma de mejorar el rendimiento de estas células es asegurarse de que cada fotón que sea absorbido por los polímeros se convierta en un electrón que se pueda recolectar. El grupo de Heeger aumentó la eficiencia general de sus células mejorando esta eficiencia interna. Qué tan bien pueden moverse los electrones dentro de estas películas depende de la calidad de la interfaz entre los dos componentes que forman la película: en la celda de la Universidad de California, estos son un polímero conductor y una versión de un compuesto de carbono con forma de balón de fútbol llamado un fullereno. El grupo de Heeger probó películas hechas de diferentes proporciones de estos dos componentes, así como diferentes disolventes para procesarlos.
El resultado es una celda con una eficiencia interna casi perfecta. Toda la luz que ha sido absorbida se ha convertido en cargas, dice Zhenan Bao , profesor asociado de ingeniería química en la Universidad de Stanford, que no participó en la investigación. Este grupo ha realizado una muy buena ingeniería en las células.
Estoy entusiasmado con el progreso, dice Para contactar a Yang , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de California, Los Ángeles. Empujas el registro de forma incremental. Heeger está de acuerdo: el tamaño del mercado depende del costo en dólares por vatio, por lo que cada aumento en la eficiencia es importante.
Si bien Yang, Bao y Heeger dicen que las cifras alcanzadas por el grupo de Heeger son una demostración importante del potencial de las células solares de polímero, todos reconocen que los materiales existentes no serán los que impulsarán a la industria hacia adelante. El diez por ciento de [eficiencia] sería un gran avance, dice Heeger. Llegamos allí sintetizando nuevos materiales que responden a una mayor parte del espectro energético.
Los materiales orgánicos todavía están limitados a la luz visible, dice Yang, pero gran parte de la energía del sol se encuentra en la parte vecina del espectro, el infrarrojo, por lo que los científicos de polímeros están trabajando en materiales de células solares que también pueden absorber esta banda. Yu, de la Universidad de Chicago, que colabora con Solarmer Energy, dice que la compañía ha utilizado sus polímeros, que absorben luz de longitud de onda más corta, para fabricar células que deberían alcanzar una eficiencia superior al 7 por ciento, pero no puede revelar los detalles debido a los resultados. aún no se han publicado.