En un futuro, las ciudades serán más sostenibles utilizando células solares transparentes integradas

Imaginémonos toda una ciudad, con una multitud de edificios, donde sus ventanas permiten que la luz del sol entre y, al mismo tiempo, pueden captar la energía del sol necesaria para satisfacer todas nuestras necesidades de energía eléctrica. Se trata de una contribución muy importante a la edificación sostenible y también, de un escenario, cada vez más posible, donde las ventanas de los edificios se convierten en células solares de producción de energía que nos ayudan a reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, a luchar contra el cambio climático y a avanzar así, hacia una economía más sostenible y un medio ambiente más limpio.

transparent solar cells for windows

En una investigación que recientemente ha sido llevada a cabo por el Instituto de Ciencias Fotónicas, ICFO, —centro de investigación y formación de ciencias y tecnologías ópticas perteneciente a la Universidad Politécnica de Catalunya— los investigadores fabricaron una célula solar orgánica óptima, con un alto nivel de transparencia y, a su vez con un alto nivel eficiencia de conversión de energía.

Se trata de un paso prometedor hacia las energías renovables integradas que puedan ser asequibles, limpias y de una amplia y variada utilización a nivel urbano. Los resultados de estas investigación acaban de publicarse en la revista científica “Nature Photonics”.

Los paneles solares comerciales de hoy en día, en su mayor parte se componen de células solares de silicio cristalino que son muy eficientes convirtiendo la radiación solar en energía eléctrica (15% de eficiencia de conversión). Sin embargo, estos paneles solares presentan varias dificultades importantes a la hora de alcanzar una máxima explotación.

Para empezar, deben ser orientados con precisión para recibir la luz solar directa y, aun así, su capacidad para absorber la luz difusa tiene serias limitaciones. Además, son pesados, opacos y ocupan mucho espacio.

La tecnología de células solares orgánicas se conoce desde hace unos treinta años, sin embargo, hoy en día es cuando está empezando a tener un mayor interés, debido a su bajo coste de producción.

Mientras que las células orgánicas aún no han llegado a alcanzar los valores de eficiencia de las células fabricadas en base al silicio, estas células fotovoltaicas orgánicas, OPV, presentan también sus ventajas competitivas. Estas células fotovoltaicas orgánicas han demostrado ser más ligeras, más flexibles, ya que son capaces de adaptarse a superficies curvas.

Incluso, las células fotovoltaicas orgánicas son más sensibles a la luz de niveles bajos de intensidad, así como a la luz solar indirecta, por lo que se han convertido en una de las tecnologías fotovoltaicas más atractivas para su utilización en muchas aplicaciones que son de uso diario, fundamentalmente, debido a las ventajas que presenta.

Entre otras ventajas, destaca una propiedad que las hace aún más valoradas como es el potencial que tiene el hecho de que pueden ser utilizadas como un dispositivo semitransparente.

No obstante, las células fotovoltaicas orgánicas, como cualquier otra tecnología fotovoltaica, alcanzan su máxima eficiencia de conversión de la luz solar en energía eléctrica, utilizando dispositivos opacos. Para convertir estas células opacas en transparentes, se debe disminuir el espesor el electrodo de la capa trasera de metal hasta alcanzar tan sólo unos pocos nanómetros, lo que también reduce drásticamente la capacidad del dispositivo para captar la luz solar.

El gran mérito de los investigadores del ICFO se debe a que han sido capaces de poner en práctica una célula semitransparente que incorpora un cristal fotónico y alcanzar un rendimiento de la célula transparente casi tan bueno como si fuera opaca.

Mediante la adición de cristales fotónicos extra a la célula fotovoltaica, los científicos del ICFO fueron capaces de aumentar la cantidad de luz infrarroja y de luz ultravioleta absorbidas por la célula fotovoltaica, alcanzando una eficiencia del 5,6%, al tiempo que consiguieron que la transparencia de la célula fotovoltaica orgánicas fuera casi indistinguible de la del vidrio normal.

Los resultados obtenidos en materia de eficiencia y transparencia hacen que estas células fotovoltaicas se hayan convertido en un producto muy competitivo para las tecnologías fotovoltaicas integradas en edificios (BIPV). Además, en lo que se refiere a su valor paisajístico y arquitectónico, el color de las células fotovoltaicas orgánicas puede ser sintonizado mediante un simple cambio en la configuración de la capa de cristal fotónico.

Jordi Martorell, profesor del Instituto de Ciencias Fotónicas, ICFO, y líder del proyecto de investigación realizado, considera las aplicaciones de este tipo de tecnología en edificios estas ya muy cerca, pero que la tecnología no ha alcanzado su punto de saturación todavía.

El descubrimiento de ICFO abre camino a la innovación de otras aplicaciones industriales basadas en la energía fotovoltaica transparente. A medio plazo, se espera conseguir células fotovoltaicas de una gran transparencia y dotadas de la eficiencia necesaria como para alimentar dispositivos tales como pantallas, tabletas, teléfonos inteligentes, etc … ”

El futuro parece prometedor para este tipo de dispositivos. Un proyecto europeo que ha sido aprobado recientemente, titulado SOLPROCELL1, permitirá que un consorcio integrado por los principales investigadores e empresas de Europa, dirigido por el Instituto de Ciencias Fotónicas de Catalunya para impulsar el estudio de las capacidades de estas células, la mejora de su estabilidad y la duración de su vida útil, así como para obtener el material necesario que permita elevar sustancialmente sus niveles de eficiencia energética.

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