Investigación: paneles solares más económicos, flexibles y eficientes gracias al grafeno


La aplicación del grafeno en la energía fotovoltaica ha estado, en su mayor parte, limitada a servir como un reemplazo para el óxido de indio y estaño (ITO), que se utiliza en forma de electrodos transparentes en celdas solares orgánicas. Eso empezó a cambiar el año pasado cuando investigadores de la Universidad de Cincinnati comenzaron a estudiar el potencial del grafeno en las capas de conversión y conducción de las celdas solares con el fin de lograr paneles solares más ligeros, flexibles (por ende, mas duraderos y resistentes), menos costosos y más eficientes.

Los investigadores están experimentando con la adición de una pequeña cantidad de copos de grafeno a celdas solares de heterounión (BHJ) y están encontrando que esta adición mejora la eficiencia de conversión de las celdas de manera significativa. La parte semiconductora de las celdas solares BHJ está hecha a partir de dos materiales diferentes, un donador de electrones y un receptor. La luz forma excitones, los cuales se separan creando agujeros y electrones, produciendo voltaje. En el trabajo realizado, los investigadores han descubierto que pueden aumentar la proporción de donantes y de receptores del electrones para impulsar la energía absorbida por la celda.

"Debido a que el grafeno es carbono puro, su conductividad de carga es muy alta", afirmó en un comunicado de prensa Fei Yu, estudiante de doctorado de la Universidad de Cincinnati. "Queremos maximizar la energía absorbida por la celda solar, por lo que estamos aumentando la proporción entre el donante y el receptor, usando una fracción muy baja de grafeno para lograrlo".

En la investigación, que fue presentada el 3 de marzo en la reunión de la American Physical Society en Denver, (llamada Graphene-Based Polymer Bulk Heterojunction Solar Cells), Yu informó sobre un aumento de tres veces en la eficiencia de conversión de energía comparado con las celdas solares BHJ típicas.

"Su incremento en el rendimiento, aunque muy por debajo de la eficiencia lograda por varios dispositivos fotovoltaicos orgánicos, es significativa al indicar que el grafeno prístino puede ser utilizado como un transportador de carga" dijo Yu en el comunicado.

El siguiente paso para los investigadores será caracterizar la física del dispositivo, la morfología de su lámina, y cómo controlar y optimizar la distribución de los copos de grafeno para lograr un mejor rendimiento.

En la actualidad, los investigadores no han dado a conocer la eficiencia de conversión ni en el comunicado ni en el resumen de la investigación. Pero, para darle un poco de contexto, una de las eficiencias de conversión más altas reportadas es del 10,6 por ciento en celdas solares de polímeros con más de una unión PN; aquellas con una sola unión han alcanzado casi el 9 por ciento, con la expectativa poder superar el 10 por ciento en productos comerciales.

Sin embargo, la mejora de la eficiencia de conversión es sólo una de las cuestiones a abordar en las celdas solares de polímeros. Reducir el costo de los materiales que componen los módulos es otra cuestión importante por la cual el grafeno se está investigando ampliamente. El siguiente paso es hacer que las celdas solares de polímeros sobrevivan en ambientes al aire libre, donde la fuerza casi mítica del grafeno tal vez podría ayudar también.

Silvio Sánchez

Soy la fundadora de TodoSalud.co, una estudiante de enfermería apasionada con la salud y la comunicación. Puedes seguirme en youtube, donde subo videos sobre maternidad; tambien en Instagram y Facebook :)