Células solares de carbono absorben energía infrarroja (MIT)

Alrededor del 40% de la energía solar que llega a la superficie terrestre, se encuentra en la región del infrarrojo “cercano” del espectro, energía que las células fotovoltaicas tradicionales de silicio no son capaces de aprovechar. Sin embargo, un nuevo tipo de células solares basadas en carbono, diseñadas por investigadores del MIT, podría aprovechar esa energía no utilizada, abriendo la posibilidad al desarrollo de células solares “combinadas”. Esto es, que incorporen la tecnología tradicional de las células de silicio y esta nueva, basada en nanotubos de carbono para hacer uso de casi toda la gama de energía que nos ofrece, día a día, la luz del sol.

Esta semana, en la revista Advanced Materials, Michael Strano, profesor de Ingeniería Química en el MIT y autor principal de un artículo que describe el nuevo dispositivo, afirma que estamos ante un tipo totalmente nuevo de célula fotovoltaica compuesta de dos formas exóticas de carbono: los clásicos nanotubos de carbono y una variante de éstos llamados C60, también conocidos como “buckyballs”. Strano afirma que esta es la primera generación de células fotovoltaicas de carbono; una hazaña que es posible gracias a los nuevos desarrollos en la producción a gran escala de “nanotubos de carbono purificados”. Según sus comentarios, el proceso de fabricación de estas novedosas células solares, sólo es posible a partir de la purificación lograda, hace pocos años atrás, de un tipo de nanotubo de carbono muy uniforme, de pared única y perteneciente a un solo grupo de las dos configuraciones simétricas posibles que presenta este material.

Otros equipos de trabajo de investigación han desarrollado con anterioridad células fotovoltaicas (PV), utilizando nanotubos de carbono, mediante el uso de una capa de polímero que se encarga de mantener los nanotubos en posición adecuada y donde luego se recogen los electrones golpeados, cuando absorben la luz solar y son extraídos como corriente eléctrica. El problema, que trae consigo este tipo de desarrollo, es que requiere de medidas adicionales para el proceso de producción debido a que necesita de recubrimientos adicionales para prevenir la degradación con la exposición al aire. Las nuevas células de carbono desarrolladas y presentadas por este equipo, ofrecen el beneficio de ser estables en presencia de aire. Además de ser más eficaz en la captura de la luz solar en la región del infrarrojo cercano y gracias a que el material es transparente a la luz visible, estas nuevas células podrían ser superpuestas sobre las células solares tradicionales, creando un dispositivo “dual o tándem” que podría aprovechar la mayor parte de la energía ofrecida por la luz solar y en un espectro mucho más amplio de lo que se conoce en la actualidad.

Mientras el sistema requiere más investigación y puesta a punto, Jain Rishabh, estudiante graduado y uno de los autores principal del artículo, resalta los resultados obtenidos y los objetivos alcanzados en los niveles de eficiencia de trabajo con estas células solares, dentro del espectro del infrarrojo cercano. Otra de las particularidades que destaca es que gracias al trabajo a nano-escala, para la producción de las células se requieren cantidades relativamente pequeñas de carbono de alta pureza, y las células fotovoltaicas resultantes podrán ser muy livianas, ligeras y eficientes. “Una de las cosas realmente buenas, acerca de los nanotubos de carbono, es que su absorción de la luz es muy alta, por lo que no necesita una gran cantidad de material para absorber una gran cantidad de luz“, expresa además Jain. Normalmente, cuando se estudia un nuevo material, dedicado a formar parte de una nueva tecnología de células solares y durante los ensayos iniciales, existen grandes ineficiencias que los investigadores, poco a poco, trabajan hasta encontrar la manera de reducir. Sobre este aspecto Tvrdy Kevin, co-autor de este proyecto, explica que algunas de estas fuentes de ineficiencia ya han sido identificadas y evaluadas. Por ejemplo, ya se sabe que las mezclas heterogéneas de los nanotubos de carbono son mucho menos eficientes que las combinaciones homogéneas, y que el material que contiene una mezcla de paredes simples de nanotubos junto a  paredes múltiples, son mucho menos eficientes y que en ocasiones, no funcionan en absoluto.

Según Jain, el grupo de investigadores tiene ideas muy claras sobre el tipo de cosas que deben ocurrir para aumentar la eficiencia de esta incipiente tecnología. Por ejemplo, una de las áreas que los investigadores del MIT están explorando, es el control más preciso sobre la forma exacta y el espesor de las capas de material utilizado. Además, el equipo espera que otros investigadores se sumen a la búsqueda de formas para mejorar este sistema, ya que existe una gran expectativa creada alrededor de este nuevo tipo de células fotovoltaicas y la llegada de nuevos grupos de trabajo, contribuirá a aumentar la eficiencia del sistema en forma más rápida. Por último, esta investigación pretende alcanzar lo que muchos investigadores consideran como “un sueño o un ideal”, dentro de la combinación que podría ser la utilización de la tecnología de los nanotubos de carbono aplicada al desarrollo de nuevos tipos de células fotovoltaicas que aprovechen un espectro luminoso nunca antes alcanzado con eficacia probada y consolidada. Un grupo muy grande de investigadores, con el apoyo de importantes áreas gubernamentales está llevando adelante este emprendimiento que pretende ser el despegue definitivo de las células solares capaces de absorber y aprovechar el máximo espectro de energía luminosa, incluyendo la infrarroja.