Revolucionarias células solares lavables y estirables logran una eficiencia del 8%

• Los científicos desarrollan una nueva célula solar orgánica y ultrafina que se puede lavar y estirar hasta la mitad de su longitud. 
• Transforma la luz solar en energía eléctrica con un 8% de eficiencia, siendo muy estable tanto en el aire como en el agua. 
• Algunas empresas han mostrado interés en comercializar la tecnología. 

Desarrollar paneles solares suena genial, pero las células solares lavables y flexibles suenan aún mejor. Los científicos de RIKEN Research en Tokio han desarrollado nuevas células orgánicas súper delgadas que pueden soportar 20 ciclos de lavado simulados y pueden estirarse hasta la mitad de su longitud.

Esta es la primera célula solar del mundo que puede ofrecer una mayor eficiencia energética manteniendo al mismo tiempo su elasticidad y estabilidad en el aire y el agua.

Estas células podrían usarse en textiles, dispositivos de red, recargar dispositivos móviles mientras viaja, alimentar monitores de salud personales y mucho más. Técnicamente, las posibilidades son infinitas. Averigüemos exactamente cómo los científicos han construido estas células y de qué son capaces.

La estructura de las nuevas células solares

Un equipo de científicos del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente (CEMS) desarrolló una energía fotovoltaica orgánica (OPV), una delgada capa orgánica activa de una célula solar. Transforma la luz procedente del Sol en energía eléctrica, con un 8% de eficiencia, siendo muy estable tanto en el aire como en el agua.

La capa orgánica más gruesa podría usarse para lograr una tasa de conversión máxima del 10%, pero para una OPV, que tiene aproximadamente 1 micrómetro de espesor, el 8% es una tasa de conversión impresionante. Y como el material orgánico es muy fino, se puede doblar sin romperse.

Hace unos meses, se utilizó la misma capa para crear las células solares, pero no eran lo suficientemente estirables. El problema se resolvió posteriormente integrando láminas de elastómero similares al caucho estiradas en el exterior (como una estructura tipo sándwich). Esto permitió que la célula solar se plegara en una estructura similar a un acordeón con picos y valles.

Además de darle a la célula su capacidad de estiramiento, las láminas de elastómero también son algo impermeables, lo que hace que las células solares resistan 20 ciclos de compresión mecánica en agua durante 1 hora y 40 minutos. La eficiencia de las células disminuyó solo un 20% después de 20 ciclos de lavado.

Célula solar orgánica siendo lavada y estirada

Más específicamente, el estudio muestra células solares de polímero lavables que mantienen una alta eficiencia (7,9%) y capacidad de estiramiento (52%). Los OPV ultraflexibles y mecánicamente estables con un espesor total de 3 micrómetros se desarrollan combinando capas activas estables y arquitectura invertida, lo que produce una eficiencia de conversión de energía de hasta el 7,9 % y muestra una eficiencia de conversión de energía estable en condiciones de aire ambiente (54 % de la eficiencia inicial después de 1 mes) y una capacidad de estiramiento del 41 %.

Referencia:Naturaleza | doi:10.1038/s41560-017-0001-3 | Investigación RIKEN

La degradación de la eficiencia fue del 20,8 % cuando las OPV independientes se sumergieron en agua durante 2 horas. La reducción se suprimió significativamente al 5,4 % al intercalar las OPV flexibles entre dos elastómeros.

Estructura de las OPV independientes

Aplicaciones

Estas células solares podrían usarse para alimentar dispositivos electrónicos como sensores para medir la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca, la presión arterial o la actividad electrodérmica. También existen numerosos textiles con sensores integrados. Combinando estas tecnologías con este nuevo tipo de células solares, se podrían desarrollar algunos sistemas de sensores inteligentes para la ropa.

En un futuro lejano, si se pueden lograr voltajes más altos, estas células en la ropa podrían usarse para recargar instrumentos portátiles como teléfonos inteligentes y tabletas, y algún día podrían satisfacer las necesidades de electricidad del hogar. Si las células solares pudieran integrarse con baterías delgadas y livianas, su efectividad podría mejorarse aún más.

Las aplicaciones en el mundo real probablemente tardarán entre 3 y 5 años. De hecho, algunas empresas han mostrado interés en comercializar la tecnología.

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Sin embargo, los dos principales obstáculos para la comercialización serán el tamaño y el coste de las células solares. Por ahora, están limitados a 10*10 cm, cuya fabricación resulta bastante cara. Pero esto se debe principalmente al coste de la capa activa. El revestimiento de la lámina es sorprendentemente fino, lo que con el tiempo reducirá los costes. Entonces, si las grandes empresas del mercado deciden comercializarlo, podrían construir una nueva técnica para producir en masa el material de capa activa y disminuir el costo.