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Nanotecnología al servicio de la eficiencia solar

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Científicos de dos universidades europeas, la sueca de Umeå y la británica de Loughborough, han utilizado la nanotecnología en dos investigaciones totalmente dispares entre sí pero que comparten el  mismo fin: mejorar la eficiencia de los sistemas solares.  Los suecos han comprobado que colocar “bien”  los átomos de carbono dispara el rendimiento electrónico de las células solares, mientras que los británicos han desarrollado un revestimiento antirreflectante para los paneles fotovoltaicos que incrementa en un 4% su eficiencia.

Nanotecnología al servicio de la eficiencia solar

CNTs “correctamente” ensamblados
Los nanotubos de carbono (CNTs) están resultando cada vez más prometedores como sustitutos del silicio en las células solares. Ahora, investigadores de la Universidad sueca de Umeå han descubierto que si se colocan de manera controlada nanotubos de carbono en nanoestructuras se logra multiplicar el rendimiento electrónico de la célula de manera notable. Los resultados de su investigación han sido publicados en la prestigiosa revista Advanced Materials.

Los CNTS son cilindros tridimensionales de átomos de carbono a escala microscópica, que poseen propiedades muy singulares, como una fuerte resistencia a la tracción y una movilidad de electrones excepcional. Esto los hace muy atractivos para la siguiente generación de dispositivos electrónicos orgánicos basados en carbono.

Debido a sus propiedades, se espera que los nanotubos de carbono mejoren el rendimiento de las células solares actuales, al lograr un transporte de cargas más eficiente dentro del dispositivo. Pero para obtener el rendimiento más alto en las aplicaciones electrónicas, los CNTs deben ser ensamblados en una red bien organizada de nanotubos interconectados, y los métodos convencionales usados hoy en día están lejos de ser los óptimos, lo cual hace que los dispositivos tengan rendimientos bajos.

Un equipo científico de la Universidad de Umeå, formado con físicos y químicos, ha logrado resolver el problema, al descubrir que los nanotubos de carbono pueden ser colocados de manera que tengan arquitecturas de red complejas y dimensiones nanométricas controladas dentro de una matriz polimérica.

“Hemos descubierto que estas redes de nanopartículas resultantes poseen una capacidad excepcional para el transporte de cargas, hasta 100 millones de veces mayor que las redes aleatorias de nanotubos de carbono producidas por métodos convencionales", explica David Barbero, director del proyecto y profesor asistente en el Departamento de Física de la Universidad de Umeå.

El alto grado de control de este método de producción permite crear redes de nanotubos de alta eficiencia con una cantidad muy pequeña de nanotubos, en comparación con otros métodos convencionales, reduciendo así notablemente el coste en material.

En una investigación anterior, Babero y su equipo ya demostraron que se pueden producir estructuras de nanoredes en electrodos finos y transparentes, y que pueden ser usadas en las células solares. Se espera que la nueva investigación, publicada en la revista científica Advanced Materials, ayude ahora a acelerar el desarrollo de la nueva generación de células solares flexibles de carbono, que son más eficientes y más baratas de producir.

Paneles sin reflejos
Por su parte, investigadores de la Universidad de Loughborough, en Leicestershire (Reino Unido), han desarrollado un recubrimiento multicapa antirfeflectante  (AR) para superficies de cristal, que reduce el reflejo del sol en los paneles fotovoltaicos y, al mismo tiempo, mejorar su eficiencia

El revestimiento ha sido desarrollado por el Centro para la Energía Renovable y Tecnología Sostenible (CREST) de dicha universidad, empleando la misma tecnología utilizada para depositar recubrimientos antirreflectantes sobre las gafas. Cada superficie de cristal refleja en torno a un 4% de la luz incidente, lo que representa una pérdida significativa de la luz en el módulo. El nuevo diseño, desarrollado por los profesores Micahel Walls, Piotr Kaminski y Fabiana Lisco, reduce el reflejo en más del 70% en todo el rango de longitudes de onda aceptado por los paneles fotovoltaicos.

“El recubrimiento AR mejora la potencia de salida del módulo en alrededor de un 4%  y reducirá de manera importante su costes si se fabrican en grandes volúmenes", ha explicado Walls. "Tenemos muchas ganas de ver estos recubrimientos AR implementados por los fabricantes. Es una propuesta de gran valor añadido para los fabricantes de vidrio plano ".

El recubrimiento consiste en cuatro capas alternas de óxido de circonio y dióxido de silicio, que sumadas apenas tienen 300 nanómetros de espesor. Los investigadores eligieron estos materiales por su abundancia y bajo costo, y se depositan usando un magnetrón de pulverización catódica desarrollado por la empresa británica Power Vision Ltd para recubrimientos AR en gafas.

El revestimiento está especialmente pensado para mejorar la eficiencia de los sistemas de película fina de teluro de cadmio, pero también se puede aplicar a otras tecnologías de película delgada, tales como CIGS (cobre, indio y galio seleniuro) y silicio amorfo. O en dispositivos de tercera generación, tales como dispositivos orgánicos o de perovskita. Según explicó Kaminski, aunque cada tecnología fotovoltaica opera en un rango de longitud de onda diferente, es relativamente simple acoplar el revestimiento en cada caso.

El recubrimiento AR es resistente a los arañazos y duradero y podría ofrecerse con una garantía de 25 años, la misma que ofrecen los fabricantes de módulos FV.

El proyecto ha sido financiado por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) Supergen SuperSolar Hub. El EPSRC es la principal agencia del Reino Unido para la financiación de la investigación en ingeniería y ciencias físicas e invierte cerca de 800 millones de libras al año en investigación y formación de posgrado.

 

 

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