El sueño de lograr ventanas capaces de generar energía solar, un poco más cerca: ya tenemos células fotovoltaicas casi invisibles

Estamos rodeados de vidrio. Mucho vidrio. Solo en Estados Unidos se calcula que la superficie acristalada ocupa entre 5.000 y 7.000 millones de metros cuadrados (m2), suficiente como para que, desde hace ya algunos años, haya científicos que se plantean de forma reiterada la misma pregunta: ¿Y si pudiésemos aprovechar ese vasto espacio para algo más que montar fachadas de rascacielos, ventanales o pantallas? ¿Y si le sacásemos partido para generar energía eléctrica?

¿Podríamos reconvertirlo, por ejemplo, en paneles fotovoltaicos? Una de las grandes trabas que nos hemos encontrado hasta el momento es la opacidad de los materiales, un hándicap que complica su uso en ventanas, invernaderos o incluso pantallas de dispositivos. A día de hoy, de hecho, se calcula que alrededor del 95% de los paneles se elaboran con silicio, el material que domina desde los 50.

Ahora un grupo de investigadores de la Universidad de Tohoku, en Japón, parece haber dado con la tecla para solucionar el problema. ¿Cómo? Desarrollando una célula solar casi invisible.

Un porcentaje esperanzador

En un artículo publicado en Scientific Reports, el equipo explica cómo ha fabricado una célula solar capaz de alcanzar un nivel de transparencia del 79% utilizando óxido de indio y estaño (ITO) como electrodo transparente y disulfuro de tungsteno (WS2) a modo de capa fotoactiva. Su trabajo puede ayudar a que las celdas solares casi invisibles basadas en TMD —monocapas de dicalcogenuros de metales de transición, familia del WS2— alcancen etapas de producción a nivel industrializado.

El porcentaje de transparencia logrado en Tohoku supone un paso más allá en la carrera por fabricar ventanas capaces de actuar como paneles solares y generar energía. Los investigadores llevan años trabajando con semiconductores orgánicos y perovskita, familia de materiales de estructura cristalina en la que el sector tiende depositadas grandes esperanzas, pero hasta ahora se han encontrado con una rémora: el nivel de transparencia promedio de las células suele estar por debajo del 70%.

Y para muestra, un botón. Hace poco investigadores australianos avanzaba en el desarrollo de células semitransparentes de perovskita con resultados prometedores, pero porcentajes que en poco se acercan a los de sus colegas japoneses. Sus prototipos logran niveles de eficiencia de conversión de energía del 15,5 y 4,1% alcanzando, respectivamente, una transmitancia visible promedio —cantidad de radiación solar visible que la atraviesa— del 20,7 y 52,4%.

En los dispositivos fotovoltaicos como los presentados por el equipo de Tohoku, conocidos como células solares de unión Schottky, la banda para la separación de carga la proporciona una interfaz colocada entre un metal y un semiconductor. Una de las claves en el trabajo de los japoneses es que a la hora de diseñar el interfaz, intentaron precisamente evitar impurezas.

“La eficiencia de conversión de energía de la célula solar con el electrodo optimizado fue más de 1.000 veces superior a la de un dispositivo que utiliza un electrodo ITO normal”, explican los autores en su estudio, en el que detallan la investigación para lograr una fabricación a gran escala.

"Repitiendo los experimentos en este dispositivo unitario optimizado con un número adecuado de conexiones en serie y en paralelo, se pudo aumentar la PT (potencia total ) hasta 420 pW a partir de una célula solar de 1 cm2 con un valor muy alto (79%) de transmisión visible media", zanjan.

Imagen de portada | Tohoku University, Scientific Reports