Células Solares Lavables y Elásticas Revolucionarias Logran 8% Eficiencia

• Científicos desarrollan nueva célula solar orgánica, ultradelgada, que puede lavarse y estirarse a la mitad de su longitud.
• Transforma luz solar en energía eléctrica con 8% eficiencia, siendo muy estable tanto en aire como en agua.
• Algunas empresas han mostrado interés en comercializar la tecnología.

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

Esta es la primera célula solar del mundo que puede entregar mayor eficiencia energética manteniendo elasticidad y estabilidad en aire y agua.

Estas células podrían usarse en textiles, dispositivos de red, recarga de dispositivos móviles sobre la marcha, alimentación de monitores de salud personal, y mucho más. Técnicamente, las posibilidades son infinitas. Descubramos cómo exactamente los científicos han construido estas células y qué son capaces de hacer.

La Estructura de las Nuevas Células Solares

Un equipo de científicos en RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) desarrolló un fotovoltaico orgánico (OPV) – una capa activa orgánica delgada de célula solar. Transforma la luz que viene del Sol en energía eléctrica, con 8% eficiencia, siendo muy estable tanto en aire como en agua.

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

Hace unos meses, la misma capa se usó para crear las células solares, pero no eran lo suficientemente elásticas. El problema se resolvió luego integrando hojas de elastómero tipo goma estiradas por fuera (como estructura de sándwich). Esto permitió a la célula solar plegarse en una estructura tipo acordeón con picos y valles.

Junto con dar a la célula su elasticidad, las hojas de elastómero también son algo impermeables, lo que hace que las células solares soporten 20 ciclos de compresión mecánica en agua por 1 hora y 40 minutos. La eficiencia de las células disminuyó solo 20% después de 20 ciclos de lavado.

Célula solar orgánica siendo lavada y estirada

Más específicamente, el estudio muestra células solares de polímero lavables con eficiencia alta mantenida (7.9%) y elasticidad (52%). Los OPVs ultraflexibles mecánicamente estables con grosor total de 3 micrómetros se desarrollan combinando capas activas estables y arquitectura invertida, produciendo eficiencia de conversión de energía hasta 7.9% y mostrando eficiencia de conversión de energía estable bajo ambiente de aire ambiental (54% de eficiencia inicial después de 1 mes), y elasticidad de 41%.

Referencia: Nature | doi:10.1038/s41560-017-0001-3 | RIKEN Research

La degradación de eficiencia fue 20.8% cuando OPVs independientes se sumergieron en agua por 2 horas. La reducción se suprimió significativamente a 5.4% al colocar los OPVs flexibles entre dos elastómeros.

Estructura de los OPVs independientes

Aplicaciones

Estas células solares podrían usarse para alimentar dispositivos electrónicos como sensores para medir temperatura corporal, ritmo cardíaco, presión arterial o actividad electrodérmica. También hay numerosos textiles con sensores integrados. Fusionando estas tecnologías con este nuevo tipo de células solares, se podrían desarrollar algunos sistemas de ropa inteligente con sensores.

En el futuro lejano, si se pueden realizar voltajes más altos, estas células en ropa podrían usarse para recargar instrumentos de mano como smartphones, tabletas, y tal vez un día poder satisfacer necesidades eléctricas del hogar. Si las células solares pudieran integrarse con baterías ligeras y delgadas, su efectividad podría mejorarse aún más.

Las aplicaciones del mundo real probablemente estén a 3-5 años. De hecho, algunas empresas han mostrado interés en comercializar la tecnología.

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Sin embargo, los dos mayores obstáculos de la comercialización serán el tamaño y costo de las células solares. Por ahora, están limitadas a 10x10 cm, que son bastante costosas de fabricar. Pero esto se debe mayormente al costo de la capa activa. El recubrimiento de lámina es asombrosamente delgado, lo que eventualmente reducirá costos. Así que si grandes empresas en el mercado deciden comercializarla, podrían construir una nueva técnica para producir en masa el material de la capa activa y disminuir el costo.