En un paso más hacia los rascacielos que sirven como fuentes de energía, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Michigan ha establecido un nuevo récord de eficiencia para las células solares transparentes y de color neutro.
El equipo logró una eficiencia del 8.1 % y una transparencia del 43.3 % con un diseño orgánico, o basado en carbono, en lugar del silicio convencional. Aunque las células tienen un ligero tinte verde, se parecen mucho más al gris de las gafas de sol y las ventanas de los automóviles.
“Las ventanas, que se encuentran en la fachada de todos los edificios, son un lugar ideal para las células solares orgánicas, ya que ofrecen algo que el silicio no puede ofrecer: una combinación de muy alta eficiencia y muy alta transparencia visible“, afirmó Stephen Forrest, profesor distinguido de ingeniería Peter A. Franken y profesor de ingeniería Paul G. Goebel, que dirigió la investigación.
Los edificios con fachadas de cristal suelen tener un revestimiento que refleja y absorbe parte de la luz, tanto en la parte visible como en la infrarroja del espectro, para reducir el brillo y el calor en el interior del edificio. En lugar de desperdiciar esa energía, los paneles solares transparentes podrían utilizarla para reducir las necesidades eléctricas del edificio. La transparencia de algunas ventanas existentes es similar a la de las células solares que el grupo de Forrest describe en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
“El nuevo material que hemos desarrollado y la estructura del dispositivo que hemos construido tenían que equilibrar múltiples compensaciones para proporcionar una buena absorción de la luz solar, alto voltaje, alta corriente, baja resistencia y transparencia con neutralidad cromática, todo al mismo tiempo“, explica Yongxi Li, investigador científico adjunto en ingeniería eléctrica e informática.
Yongxi Li sostiene una muestra de una célula solar transparente. Imagen: Robert Coelius, Michigan Engineering Communications & Marketing
Desarrollaron un nuevo material
El nuevo material es una combinación de moléculas orgánicas diseñadas para ser transparentes en el espectro visible y absorbentes en el infrarrojo cercano, una parte invisible del espectro que representa gran parte de la energía de la luz solar. Además, los investigadores desarrollaron recubrimientos ópticos para aumentar tanto la energía generada a partir de la luz infrarroja como la transparencia en el rango visible, dos cualidades que suelen competir entre sí.
La versión sin color del dispositivo se fabricó con un electrodo de óxido de indio y estaño. Un electrodo de plata mejoró la eficiencia hasta el 10.8 %, con una transparencia del 45,8 %. Sin embargo, el tono ligeramente verdoso de esa versión puede no ser aceptable en algunas aplicaciones para ventanas.
Las células solares transparentes se miden por su eficiencia de utilización de la luz, que describe la cantidad de energía de la luz que incide en la ventana y que está disponible como electricidad o como luz transmitida al interior. Las células solares transparentes anteriores tienen una eficiencia de utilización de la luz de aproximadamente un 2-3 %, pero la célula de óxido de indio y estaño tiene una eficiencia del 3.5 % y la versión de plata tiene una eficiencia de utilización de la luz del 5 %.
Imagen: Robert Coelius, Michigan Engineering Communications & Marketing
Pueden fabricarse a gran escala
Ambas versiones pueden fabricarse a gran escala, utilizando materiales menos tóxicos que otras células solares transparentes. Las células solares orgánicas transparentes también pueden personalizarse para las latitudes locales, aprovechando el hecho de que son más eficientes cuando los rayos del sol inciden en ellas en ángulo perpendicular. Pueden colocarse entre los paneles de las ventanas de doble acristalamiento.
Forrest y su equipo están trabajando en varias mejoras de la tecnología, con el objetivo de alcanzar una eficiencia de utilización de la luz del 7 % y prolongar la vida útil de las células hasta unos 10 años. También están investigando la viabilidad económica de instalar ventanas con células solares transparentes en edificios nuevos y existentes.
La investigación se ha publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, en el artículo “Color-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics” (Fotovoltaicos orgánicos semitransparentes y de color neutro), de Forrest, Li y sus colegas Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade y Maojie Zhang. El equipo incluye investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, la Universidad de Soochow en China y el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC.
Fuente: Michigan News
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