Revolucionarias e innovadoras células solares transparentes

Imagine edificios en los que las ventanas, además de permitir pasar la luz del sol, captan a la vez la energía solar que se necesita para satisfacer todas sus necesidades energéticas. Los cristales se convierten en células solares de alta productividad que ayudan a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y avanzar hacia un medio ambiente más 'verde' y más limpio.

Este escenario todavía no es posible, pero un reciente estudio llevado a cabo en el ICFO y publicado en la revista Nature Photonics avanza en ese camino. Los científicos de este instituto han fabricado una célula solar orgánica óptima con un alto nivel de transparencia y una alta eficiencia de conversión de energía.

Según los autores, "esto supone un paso prometedor hacia las energías renovables asequibles, limpias, ampliamente utilizadas y urbanamente integradas" .

Hasta ahora, los paneles solares comerciales están, en su mayor parte, compuestos de unas células solares basadas en silicio cristalino, muy eficientes en la conversión de la radiación solar en energía eléctrica (aproximadamente 15% de eficiencia de conversión), pero con diversos obstáculos importantes para su máxima explotación.

Por ello deben ser correctamente orientadas para recibir la luz solar directa y aun así están limitados en su capacidad para absorber la luz difusa. Por otra parte, son pesadas, opacas, y ocupan mucho espacio.

Ventajas de las células orgánicas

A pesar de que la tecnología de las células solares orgánicas nació hace unos treinta años, es ahora cuando comienzan a atraer el interés de la comunidad científica debido a su bajo costo de producción.

Mientras que las células orgánicas aún no han alcanzado valores de eficiencia de las células de silicio, estas células fotovoltaicas orgánicas (OPV) han demostrado ser más ligeras, más flexibles (capaces de adaptarse a superficies curvas), y aún más sensibles a la luz difusa, así como la luz solar indirecta, por lo que las convierte en una de las tecnologías fotovoltaicas más atractivas para muchas aplicaciones de uso diario. Entre sus ventajas, una propiedad que las hace aún más interesantes es su potencial para ser implementadas como un dispositivo semitransparente.

Sin embargo, las OPV, como cualquier otra tecnología fotovoltaica, alcanzan su máximo de luz a la eficiencia de conversión de energía eléctrica con dispositivos opacos. Para convertir estas células en dispositivos transparentes, el electrodo de metal en la parte posterior debe ser diluido hasta sólo unos pocos nanómetros, lo que reduce drásticamente la capacidad del dispositivo para recoger la luz solar.

Los investigadores del ICFO han sido capaces de desarrollar una célula semitransparente, que incorpora un cristal fotónico, y alcanzar un rendimiento de la célula casi tan alto como su contraparte opaca.

El equipo colocó este cristal fotónico extra sobre la célula y fue capaz de aumentar la cantidad de luz infrarroja y ultravioleta absorbida por la célula, alcanzando una eficiencia de 5,6 % y a su vez, preservando una transparencia casi indistinguible respecto al  vidrio normal.

Los resultados obtenidos de eficiencia y transparencia hacen que estas células sean un producto muy competitivo para las tecnologías fotovoltaicas integradas en edificios (BIPV). Para llegar a tener una adecuada visión arquitectónica, el color de las células puede modificarse simplemente cambiando la configuración de las capas del cristal fotónico .

Jordi Martorell, profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) en el ICFO y líder de este estudio, explica que las aplicaciones de este tipo de tecnología en BIPV "está a unos pocos pasos de ocurrir, pero la tecnología todavía no ha alcanzado su punto de saturación".

"El descubrimiento abre el camino para la innovación a otras aplicaciones industriales en el sector de la energía fotovoltaica transparente –continúa–. A medio plazo, se espera llegar a los altísimos niveles de transparencia y eficiencia necesarias para alimentar dispositivos como pantallas, tabletas y teléfonos inteligentes".

El futuro parece prometedor para estos dispositivos. El proyecto europeo Solution Processed High Performance Transparent Organic Photovoltaic Cells (SOLPROCEL), recientemente aprobado, permitirá a un consorcio, formado por los mejores investigadores e industrias europeos y dirigido por el ICFO, impulsar el estudio de la capacidad de estas células, mejorando su estabilidad y vida útil, así como la obtención del material necesario para elevar sustancialmente su eficiencia.

Referencia bibliográfica:

Rafael Betancur, Pablo Romero-Gomez, Alberto Martinez-Otero, Xavier Elias, Marc Maymó & Jordi Martorell. "Transparent polymer solar cells employing a layered light trapping architecture". NaturePhotonics, octubre de 2013. Doi:10.1038/nphoton.2013.276.