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Investigadores del MIT han desarrollado una técnica de fabricación
escalable para producir células solares ultrafinas y ligeras que pueden
pegarse sobre cualquier superficie. Crédito: Melanie Gonick, MIT
La fotovoltaica de capa fina con componentes funcionales del orden de unas
pocas micras presenta una vía hacia la realización de potencia aditiva en
cualquier superficie de interés sin una adición excesiva de peso y topografía.
Hasta la fecha, las demostraciones de este tipo de sistemas fotovoltaicos
ultrafinos se han limitado a dispositivos a pequeña escala, a menudo
preparados sobre sustratos portadores de vidrio con sólo unas pocas capas
procesadas en disolución.
Los ingenieros del MIT han desarrollado celdas solares de tejido ultraligero
que pueden convertir rápida y fácilmente cualquier superficie en una fuente de
energía. Han desarrollado estas celdas solares delgadas como el papel
utilizando procesos de impresión escalables basados en soluciones para todas
las capas.
Estas celdas solares resistentes y flexibles están unidas a un tejido
resistente y ligero y son mucho más finas que un cabello humano, lo que
facilita su montaje en una superficie permanente. Pueden transportarse y
desplegarse rápidamente en regiones remotas para prestar ayuda en caso de
emergencia, o pueden proporcionar energía sobre la marcha como un tejido
energético que se puede llevar puesto.
A diferencia de los paneles solares convencionales, estas nuevas celdas
solares pesan menos de 1 gramo sobre la superficie del módulo (lo que
corresponde a una densidad de superficie de 105 g m-2). Además, generan 18
veces más energía por kilogramo y se fabrican con tintas semiconductoras
mediante procesos de impresión escalables a la fabricación de grandes
superficies.
Vladimir Bulović, titular de la Cátedra Fariborz Maseeh de Tecnologías
Emergentes, jefe del Laboratorio de Electrónica Orgánica y Nanoestructurada
(ONE Lab), director de MIT.nano y autor principal de un nuevo artículo en el
que se describe el trabajo, afirma: "Los parámetros utilizados para evaluar
una nueva tecnología de celdas solares suelen limitarse a su eficiencia de
conversión de potencia y su coste en dólares por vatio. Igual de importante es
la integrabilidad, es decir, la facilidad de adaptación de la nueva
tecnología. Los tejidos solares ligeros permiten la integrabilidad, lo que da
impulso al trabajo actual. Nos esforzamos por acelerar la adopción de la
energía solar, dada la urgente necesidad actual de desplegar nuevas fuentes de
energía sin carbono".
Como las celdas solares convencionales son tan frágiles, deben cubrirse de
vidrio y embalarse en pesados y gruesos marcos de aluminio. Esto limita
dónde y cómo pueden instalarse.
En este nuevo trabajo, los científicos desarrollan celdas solares de
película fina totalmente imprimibles, utilizando materiales basados en tinta
y técnicas de fabricación escalables. Emplean nanomateriales como tintas
electrónicas imprimibles para crear celdas solares. Trabajando en sala
blanca, recubrieron la estructura de la célula solar utilizando un
recubridor de ranuras. Así se depositan capas de materiales electrónicos en
un sustrato preparado y desprendible de sólo 3 micras de grosor.
Posteriormente, utilizaron la serigrafía para depositar un electrodo sobre
la estructura y completar el módulo solar.
El módulo impreso, de unas 15 micras de grosor, puede despegarse del
sustrato de plástico para crear un dispositivo solar ultraligero.
Sin embargo, estos módulos solares diminutos y autónomos son difíciles de
desplegar, ya que se rompen con facilidad y son difíciles de manejar. El
equipo del MIT buscó un sustrato fino, flexible y resistente al que fijar
las celdas solares para superar esta dificultad. Los tejidos eran la mejor
opción, ya que ofrecen resistencia mecánica y flexibilidad con un peso
adicional mínimo.
Descubrieron la sustancia perfecta: Dyneema, un tejido compuesto con un peso
por metro cuadrado de sólo 13 gramos. Las fibras utilizadas para fabricar
este tejido son tan potentes que se utilizaron como cuerdas para levantar
del fondo del Mediterráneo el Costa Concordia, un crucero hundido. Fijan los
módulos solares a láminas de esta tela poniendo encima una fina capa de
pegamento de curado UV. El resultado es una estructura solar mecánica frágil
y duradera.
Mayuran Saravanapavanantham, estudiante de postgrado de ingeniería eléctrica
e informática en el MIT, afirma: "Aunque podría parecer más sencillo
imprimir las celdas solares directamente sobre la tela, esto limitaría la
selección de posibles telas u otras superficies receptoras a las que son
química y térmicamente compatibles con todos los pasos de procesamiento
necesarios para fabricar los dispositivos. Nuestro planteamiento desvincula
la fabricación de las celdas solares de su integración final".
Cuando se probó, el dispositivo podía generar 730 vatios de potencia por
kilogramo cuando estaba independiente y unos 370 vatios por kilogramo si se
desplegaba sobre el tejido Dyneema de alta resistencia, lo que supone unas
18 veces más potencia por kilogramo que las celdas solares convencionales.
También probaron la durabilidad de sus dispositivos. Comprobaron que,
incluso después de enrollar y desenrollar un panel de tejido solar más de
500 veces, las celdas seguían conservando más del 90% de su capacidad
inicial de generación de energía.
Según Saravanapavanantham, "una instalación solar típica en un tejado de
Massachusetts es de unos 8.000 vatios. Para generar esa misma cantidad de
energía, nuestro tejido fotovoltaico sólo añadiría unos 20 kilogramos (44
libras) al tejado de una casa."
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente:
MIT