Investigan celdas solares que imitan la actividad de la fotosíntesis en las plantas

Investigan celdas solares que imitan la actividad de la fotosíntesis en las plantas. Investigación e innovación, energía solar

A mediados de los años 1880, Charles Fritts fabricó la primera célula solar formada por selenio recubierto con una fina capa de oro y con una eficiencia del 1%. Sin embargo, no fue hasta 1954 cuando los Laboratorios Bell descubrieron accidentalmente la que sería la primera célula solar comercial, con el silicio como base. Desde entonces, la tecnología de las celdas solares ha evolucionado mucho y, hoy por hoy, el futuro pasa por las celdas ‘fotosintéticas’, un sistema que imita la actividad de la clorofila en las hojas de las plantas. En esta línea trabaja el grupo Coloides y Celdas Solares Nanoestructuradas encabezado por Juan Antonio Anta y compuesto por Elena Guillén, Pablo González, Jesús Idígoras y Thomas Berger, de Universidad Pablo de Olavide.

Actualmente coexisten en los laboratorios de investigación tres generaciones diferenciadas de células solares, que aportan distintas soluciones a un mismo problema: usar el sol como fuente de energía renovable. Las más extendidas, las de silicio, fueron las primeras en llegar al mercado y son también las más avanzadas desde un punto de vista técnico, por su larga trayectoria.

Una prueba de ello es que, pese a haber cumplido los 54 años, todavía se sigue trabajando con ellas. En este sentido, lo más novedoso es la obtención del llamado “silicio negro” por parte de investigadores de la Universidad de Hardvard, que permitirá fabricar células solares con una sensibilidad a la luz, según estimaciones, de entre 100 y 500 veces superior al silicio normal.

El segundo paso que se ha dado en esta materia son las células de película delgada. Continuando con el uso de materiales inorgánicos, donde destaca de nuevo el silicio en distintas variantes, estas placas presentan hasta ahora una eficiencia sensiblemente menor que la anterior generación, pero cuentan con un buen rendimiento en el espacio.

No obstante, la línea más actual abierta en este campo apuesta por el uso de materiales orgánicos. Y es que la dificultad de obtener los elementos inorgánicos con la calidad necesaria para servir como material fotovoltaico, hace estos dispositivos demasiado caros. Por ello, desde la Universidad Pablo de Olavide se está trabajando en el marco de varios proyectos, entre ellos el Consolider HOPE del Ministerio de Ciencia e Innovación, en la optimización de la llamada célula de Grätzel, que imita de manera artificial el fenómeno de la fotosíntesis y tiene, según pruebas realizadas por distintos laboratorios, una eficiencia del 11%.

A grandes rasgos, las células de Grätzel son dispositivos fotovoltaicos introducidos a inicios de los años 90, que aprovechan la combinación de un semiconductor nanoestructurado (dióxido de titanio, principalmente) y un colorante orgánico que hace las veces de captador de luz solar. Este colorante, según señala Elena Guillén, puede ser tanto sintético como natural, e incluso permite el uso de la clorofila en este tipo de células.

Apuesta por las sales iónicas

“En los últimos meses hemos trabajado con colorantes como la eosina o el mercurocromo, derivados del xanteno, un compuesto orgánico heterocíclico; sin embargo ahora nos estamos centrando en una línea distinta, que tiene como base los líquidos iónicos, los conocidos disolventes verdes”, apunta la investigadora.

Este cambio de objeto de investigación se debe a que, además de encontrar el colorante más adecuado, un aspecto importante a abordar en este tipo de tecnología es el problema de la evaporación de los compuestos líquidos en las células. Para esto, el grupo encabezado por el profesor Anta está trabajando con distintos tipos de sales iónicas que presentan la característica de no evaporarse a temperatura ambiente.

“Pese a su estado líquido, este tipo de disolventes presenta una viscosidad alta, por lo que en los próximos meses vamos a seguir con el estudio trabajando en distintas alternativas dentro de los líquidos iónicos, su síntesis, etc.” señala Elena Guillén.

Pros y contras de la nueva generación

Aunque ya están puestas a la venta algunas células solares de tercera generación (por ejemplo, para la recarga de teléfonos móviles), su utilización práctica es anecdótica, según los investigadores. Sin embargo, por sus características de flexibilidad y variedad de colores y formas, el futuro de estas celdas está en nuevos nichos de mercado que pasan por la decoración o por su uso en ventanas de colores que, mientras dejan pasar la luz, aprovechan para generar electricidad.

Por otro lado, a la rápida recuperación del coste energético de la producción -se estima que en un año de uso- se le suma un bajo coste con respecto a los materiales. “Lo orgánico, normalmente, suele ser más barato”, afirma la investigadora, pese a que aún se sigue trabajando en la búsqueda de un colorante orgánico alternativo al usado actualmente, derivado del rutenio. “La paradoja está en que, si usas estas celdas porque su punto competitivo frente al silicio es que son más baratas y ampliamente disponibles, pero utilizas como colorante uno basado en material precioso, ¿cuál es la ventaja?” apunta Elena Guillén.

Por otro lado, en el apartado de las desventajas, los investigadores encuentran que es una tecnología relativamente nueva -se inventó en el año 91 este tipo de celda- a la que todavía le queda mucho para desarrollarse. Además, el máximo de eficiencia en un laboratorio es del 11%, que es competitivo, pero cuando se extrapola a escala industrial, disminuye.

Sin embargo, el principal reto tecnológico actualmente está en el problema de la degradación de las celdas. “Si usas un colorante orgánico, éste puede degradarse por la acción de la luz solar, disminuyendo su periodo de vida con respecto a las celdas de silicio. Por otra parte, en nuestro grupo trabajamos en uno de los aspectos fundamentales de la mejora de la estabilidad de las celdas: evitar el uso de medios líquidos que puedan presentar problemas de evaporación, etc., donde nuestra apuesta, como hemos comentado, está en las sales iónicas”, subraya la investigadora.

Investigan celdas solares que imitan la actividad de la fotosíntesis en las plantas. Investigación e innovación, energía solar

Más información:
Juan Antonio Anta
Área de Química Física
Dpto. Sistemas Físicos, Químicos y Naturales
Universidad Pablo de Olavide
Telf: 954349314
Email: jaantmon@upo.es

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