Celdas solares transparentes y flexibles

Los investigadores desarrollan una técnica novedosa utilizando grafeno para crear Celdas solares transparentes y flexibles que se pueden adherir en superficies que van desde el vidrio hasta el plástico, hasta el papel y la cinta.

Imagine un futuro en el que las células solares estén a nuestro alrededor: en ventanas y paredes, teléfonos celulares, computadoras portátiles y más. Una nueva células solares flexibles y transparentes desarrollada en el  MIT está acercando ese futuro un paso más.

¿Que son las celdas solares transparentes y flexibles?

Celdas solares transparentes y flexibles
Celdas solares transparentes y flexibles

 




El dispositivo combina materiales orgánicos (que contienen carbono) de bajo costo con electrodos de grafeno, un material flexible y transparente hecho de fuentes de carbono económicas y abundantes.

Este avance en la tecnología solar fue posible gracias a un nuevo método para depositar una capa de grafeno de un átomo de grosor en la célula solar, sin dañar los materiales orgánicos sensibles cercanos.

Hasta ahora, los investigadores de Celdas solares transparentes y flexibles  generalmente han dependido de electrodos caros y frágiles que tienden a agrietarse cuando el dispositivo se flexiona.

La capacidad de usar  en cambio está posibilitando células solares verdaderamente flexibles, de bajo costo y transparentes que pueden convertir virtualmente cualquier superficie en una fuente de energía eléctrica.

Las células solares hechas de compuestos orgánicos ofrecerían una variedad de ventajas sobres las células solares de silicio inorgánico actuales.

¿Cuàles son las ventajas de las Celdas solares transparentes y flexibles ?

Serían más baratas y más fáciles de fabricar. Serían livianas y flexibles en lugar de pesados, rígidos y frágiles, por lo que serían más fáciles de transportar, incluso a regiones remotas sin red eléctrica central.Y podrían ser transparentes.

Muchos materiales orgánicos absorben los componentes ultravioleta e infrarrojo de la luz solar, pero transmiten la parte visible que nuestros ojos pueden detectar. Por lo tanto, las células solares orgánicas podrían montarse en las superficies que nos rodean y recolectar energía sin darnos cuenta.

Los investigadores han logrado avances significativos durante la última década en el desarrollo de células solares orgánicas transparentes y flexibles. Pero se encontraron con un obstáculo persistente: encontrar materiales adecuados para los electrodos que llevan la corriente fuera de la celda.

“Es raro encontrar materiales en la naturaleza que sean eléctricamente conductores y ópticamente transparentes”, dice el profesor Jing Kong  del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS).

La opción actual más utilizada es el óxido de indio y estaño (ITO). ITO es conductor y transparente, pero también rígido y quebradizo, por lo que cuando la célula solar orgánica se dobla, el electrodo ITO tiende a agrietarse y despegarse. Además, el indio es costoso y relativamente raro.

Una alternativa prometedora a ITO es el grafeno, una forma de carbono que se presenta en láminas de un átomo de espesor y tiene características notables. Es altamente conductivo, flexible, fuerte y transparente; y está hecho de carbono económico . Además, un electrodo de grafeno puede tener solo 1 nanòmetro de grosor, una fracción del grosor de un electrodo ITO y una combinación mucho mejor para la delgada célula solar orgánica misma.

¿Cuàles son los problemas de usar grafeno?

Dos problemas clave han ralentizado la adopción mayorista de electrodos del material de grafeno. El primer problema es depositar los electrodos de grafeno en la célula solar. La mayoría de las células solares están construidas sobre sustratos tales como vidrio o plástico.

El electrodo inferior de grafeno se deposita directamente sobre ese sustrato, una tarea que se puede lograr mediante procesos que involucran agua, solventes y calor.

Las otras capas se agregan luego, terminando con el electrodo superior de grafeno. Pero poner ese electrodo superior sobre la superficie de la llamada capa de transporte de orificios (HTL) es complicado.

“Se disuelve en agua e y los materiales orgánicos justo debajo de él son sensibles a casi cualquier cosa, incluyendo agua, solventes y calor”, 

El segundo problema con el uso de grafeno es que los dos electrodos necesitan desempeñar diferentes roles. La facilidad con la que un material dado libera electrones es una propiedad del conjunto llamada su función de trabajo.




Pero en la celda solar, solo uno de los electrodos debería permitir que los electrones fluyan con facilidad. Como resultado, tener ambos electrodos hechos de grafeno  requeriría cambiar la función de trabajo de uno de ellos para que los electrones sepan hacia dónde ir, y cambiar la función de trabajo de cualquier material no es sencillo.