NeoFronteras

Células solares rosas

Área: Tecnología — sábado, 18 de agosto de 2007

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Panel DSSC. Dependiendo del pigmento utilizado las células tienen un color específico. Foto: RWE-Schott.

Unos investigadores de Ohio State University creen que la utilización de células solares basadas en pigmentos puede ser una de las soluciones para proporcionar energía solar barata. De este modo las células rosas pueden resultar ser muy verdes al final.
La energía solar es gratis, las células solares muy caras. Aunque se ha superado el rendimiento del 40% en células solares en laboratorio y se espera llegar algún día al 70% o incluso más, el precio de las células cristalinas multicapas que lo alcanzan es prohibitivo de momento. Una vía para atacar el problema, además del uso de concentradores, es conformarse con un rendimiento menor y usar polímeros (plásticos) o células de pigmentos que tienen un rendimiento menor pero que son más baratas y se puede cubrir áreas mayores con ellas.
Científicos de Ohio State University dirigidos por Yiying Wuhan han desarrollado unas nuevas células solares de pigmento o tinte (en inglés dye-sensitized solar cells o DSSCs) de color rosa a partir de una mezcla de pigmento rojo y óxido metálico blano en polvo capaz de convertir la luz solar en electricidad con un rendimiento aceptable. Aunque de momento el rendimiento es la mitad que el de las células comerciales de silicio su precio es un cuarto el de éstas.
Esperan además que en el futuro puedan obtener células de este tipo con un rendimiento similar a las de silicio comercial manteniendo el precio económico.
El color de las células de pigmento es rosa debido a la presencia de rutenio que es rojo, y que cumple el papel de pigmento, y a la presencia de óxido de zinc o titanio que son blancos.
En las nuevas células se usan metales más complejos y partículas con formas distintas para así incrementar su rendimiento. Concretamente este equipo de investigadores ha explorado el uso del estanato de zinc que tiene propiedades que se pueden ajustar a voluntad. También han explorado los nanohilos y otras nanoestructuras.
El color de una célula solar (además de depender del recubrimiento antireflectante) depende de las longitudes de onda que la célula no absorbe. Utilizar varios colores de absorción mejora el rendimiento. Obviamente el mejor color de una célula solar sería el negro (incluso en infrarrojo y ultravioleta).

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Esquema típico de una célula de pigmento. Foto: Juan Bisquert.

En este caso el mejor colorante que hasta ahora han encontrado es el rutenio que es de color rojo, por lo que las longitudes de onda rojas se pierden, pero éstas son las menos energéticas.
A la hora de buscar un buen rendimiento se pretende conseguir tanto un buen voltaje como una buena intensidad de corriente eléctrica. Si se absorbe una buena gama de frecuencias pero se sacrifica el voltaje quizás no se gane mucho. La idea es encontrar un buen equilibrio.
Las células de silicio fueron inventadas en la década de los sesenta del siglo pasado, mientras que estas de pigmentos se empezaron a desarrollar en los noventa, por lo que queda mucho trabajo por hacer.
En estas células se recubre de pigmento pequeñas partículas de óxido metálico que están empaquetadas en una fina lámina. El pigmento captura la energía de los fotones de luz y cede electrones a las partículas de óxido que actúan como pequeños conductores que llevan a los electrones hacia un circuito eléctrico externo.
En un artículo publicado en Journal of Physical Chemistry B por este equipo se reportaba un rendimiento del 8,6% con nanohilos de óxido de titanio, la mitad del 15% de eficacia de las células comerciales de silicio. Con partículas de estanato de zinc ya consiguen un 3,8% de eficiencia. Ahora pretender crear nanohilos de estanato y superar la marca de rendimiento. También pretenden explorar la utilización de nanoárboles. Esta última idea es casi metafórica, los nanoárboles tendrían la forma de sus homónimos vegetales y las “hojas” estarían recubiertas de pigmento (rutenio en principio) que capturarían la energía que sería transportada por las “ramas” de óxido metálico.
Quizás los “nanoárboles rosas” sean una de las soluciones verdes al problema de la energía.

Referencias:
Nota de prensa de Ohio State University.
Construcción célula solar casera.

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