La ‘lona solar’: el diseño de una forma plegable de generar energía a través del sol

 La ‘lona solar’: el diseño de una forma plegable de generar energía a través del sol

El potencial de generación de energía de los paneles solares —y una limitación clave de su uso— es el resultado del material del están hechos. El precio de los paneles de silicio está disminuyendo a tal punto que en algunos lugares pueden proporcionar electricidad a casi el mismo costo que la energía proveniente de combustibles fósiles como el carbón y el gas natural. Pero los paneles solares de silicio también son voluminosos, rígidos y quebradizos, por lo que no se pueden usar en cualquier lugar.

En muchas partes del mundo que no tienen electricidad regular, los paneles solares podrían proporcionar luz para leer en la noche y energía para bombear agua potable, ayudar a pequeños negocios domésticos o incluso servir en refugios de emergencia y campamentos de refugiados. Pero la fragilidad mecánica, la pesadez y las dificultades de transporte de los paneles solares de silicio sugieren que el silicio podría no ser el material ideal.

A partir de las exploraciones de otros, mi grupo de investigación está trabajando para desarrollar paneles solares flexibles, que serían tan eficientes como un panel de silicio, pero serían delgados, ligeros y plegables. Este tipo de dispositivo, que llamamos «lona solar», podría cubrir el área de una habitación al desdoblarse y así generar electricidad a partir del sol; y, al recogerse, podría ser del tamaño de una toronja y meterse en una mochila unas 1,000 veces sin romperse. Si bien se han hecho algunos esfuerzos para hacer que las células solares orgánicas sean más flexibles simplemente al hacerlas ultradelgadas, la durabilidad real requiere una estructura molecular que haga que los paneles solares sean elásticos y resistentes.

Semiconductores de silicio

El silicio se deriva de la arena, lo que lo hace barato. Y la forma en que sus átomos se empaquetan en un material sólido lo convierte en un buen semiconductor, lo que significa que su conductividad puede encenderse y apagarse usando campos eléctricos o luz. Debido a que es barato y útil, el silicio es la base de los microchips y las placas de circuitos de las computadoras , los teléfonos móviles y, básicamente, todos los demás dispositivos electrónicos, transmitiendo señales eléctricas de un componente a otro. El silicio también es la clave de la mayoría de los paneles solares, ya que puede convertir la energía de la luz en cargas positivas y negativas. Estas cargas fluyen a los lados opuestos de una célula solar y se pueden usar como una batería.

Pero por sus propiedades químicas no puede convertirse en flexible. El silicio no absorbe la luz de manera muy eficiente. Los fotones pueden pasar a través de un panel de silicio que sea demasiado delgado, por lo que tienen que ser bastante gruesos —alrededor de 100 micrómetros, aproximadamente el grosor de un billete de un dólar— para que no se desperdicie nada de la luz.

Semiconductores de nueva generación

Pero los investigadores han encontrado otros semiconductores que son mucho mejores para absorber la luz. Un grupo de materiales llamado «perovskitas» se puede utilizar para fabricar células solares que son casi tan eficientes como las de silicio, pero con capas que absorben la luz que son una milésima del espesor necesario con silicio. Como resultado, los investigadores están trabajando en la construcción de células solares de perovskita que puedan encender pequeñas aeronaves no tripuladas y otros dispositivos donde la reducción de peso es un factor clave.

El Premio Nobel de Química del 2000 fue otorgado a los investigadores que primero descubrieron que podían fabricar otro tipo de semiconductor ultrafino, llamado polímero semiconductor. Este tipo de material se denomina «semiconductor orgánico» porque se basa en el carbono y se lo denomina «polímero» porque consiste en largas cadenas de moléculas orgánicas. Los semiconductores orgánicos ya se usan comercialmente, incluso en la industria multimillonaria de pantallas orgánicas de diodos emisores de luz, más conocidas como televisores OLED.

Los semiconductores de polímeros no son tan eficientes en la conversión de la luz solar a electricidad como la perovskita o el silicio, pero son mucho más flexibles y extraordinariamente duraderos potencialmente. Los polímeros regulares —no los semiconductores— se encuentran en todas partes en la vida cotidiana; son las moléculas que componen la tela, el plástico y la pintura. Los semiconductores de polímeros tienen el potencial de combinar las propiedades electrónicas de materiales como el silicio con las propiedades físicas del plástico.

Lo mejor de ambos mundos: eficiencia y durabilidad

Dependiendo de su estructura, los plásticos tienen una amplia gama de propiedades, incluida la flexibilidad, como con una lona; y rigidez, como los paneles del cuerpo de algunos automóviles. Los polímeros semiconductores tienen estructuras moleculares rígidas y muchos están compuestos de pequeños cristales. Estos son clave para sus propiedades electrónicas, pero tienden a hacerlos quebradizos, lo cual no es un atributo deseable para los artículos flexibles o rígidos.

El trabajo de mi grupo se ha centrado en identificar formas de crear materiales con buenas propiedades semiconductoras y la conocida durabilidad de los plásticos, ya sean flexibles o no. Esto será clave para mi idea de una lona solar o una manta, pero también podría conducir a materiales para techos, baldosas para exteriores, o tal vez incluso a superficies de carreteras o estacionamientos.

Este trabajo será clave para aprovechar el poder de la luz solar, porque, después de todo, la luz solar que golpea la Tierra en una sola hora contiene más energía de la que utiliza la humanidad en un año .

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