En el entorno actual, la necesidad de encontrar fuentes de energía más sostenibles y limpias se ha vuelto cada vez más apremiante. Los paneles solares son una de las opciones más prometedoras para abordar este desafío, y en los últimos años, se ha prestado especial atención a los paneles solares de plástico. Estos paneles solares de plástico ofrecen una serie de ventajas en comparación con los paneles solares convencionales basados en silicio.
¿Cuáles son las ventajas de los paneles solares de plástico?
La producción de paneles solares convencionales basados en obleas de silicio frágiles es difícil, costosa y consume mucha energía. Los paneles solares de película delgada se presentaron como una opción más duradera y menos costosa, pero su eficiencia energética es menor. Sin embargo, las últimas tecnologías solares en las que se están investigando muchos tipos de materiales (como alternativas orgánicas y dióxido de titanio) ofrecen una mayor eficiencia y son más económicas. En comparación con los dispositivos basados en silicio, los paneles solares de polímero son livianos (lo cual es importante para sensores autónomos pequeños), potencialmente desechables y económicos de fabricar. Además, son flexibles, personalizables a nivel molecular y tienen un menor impacto ambiental negativo. Estos paneles solares pueden adherirse a casi cualquier superficie, lo que los hace ideales para cargar teléfonos celulares, computadoras portátiles o reproductores de MPSe espera que los paneles solares de plástico encuentren cada vez más aplicación en dispositivos portátiles, ya que la capacidad para ofrecer una vida útil de la batería más larga será un tema importante para los fabricantes de dispositivos. Sin embargo, hasta ahora, estos dispositivos han sido demasiado ineficientes para competir con los paneles solares de silicio en la mayoría de las aplicaciones. El mercado solar tiene actualmente un valor de 20 mil millones de dólares y se espera que crezca alrededor del 30% anual durante la próxima década.
La producción de paneles solares de plástico
Una de las compañías que se está moviendo hacia la producción en masa de paneles solares de plástico es Konarka Technologies. Uno de los primeros productos que se espera utilizarán los paneles de Konarka será maletines recubiertos en el exterior con una película de células solares orgánicas que cargará la computadora portátil que llevan dentro. Se espera que esto se logre con una película de plástico de película delgada orgánica que, según afirman, puede convertir la luz solar en electricidad de manera más eficiente que sus competidores, y a un menor costo de fabricación. Los paneles solares de plástico ahora se están incorporando en tejidos como ropa y tiendas de campaña. Las aplicaciones pueden incluir uniformes militares para proporcionar energía para iluminación, calefacción y tecnologías de comando remoto. Los paneles solares también se pueden montar en bolsos y ropa para permitir que los usuarios utilicen la energía para cargar tiendas de campaña, productos electrónicos de consumo, teléfonos móviles, etc. La Universidad Estatal de Carolina del Norte diseñó un proceso para adaptar paneles solares de plástico a corbatas y chaquetas. En Japón, se ha desarrollado una blusa solar que carga un teléfono celular. Un estadounidense ha diseñado un bikini solar que puede suministrar 5 voltios para cargar un iPod o mantener una bebida fría. Los habitantes de aldeas sin conexión a la red en África, Asia y América Latina todavía dependen de lámparas de queroseno y velas. Frederik Krebs ha desarrollado lámparas que ofrecen una alternativa asequible a la iluminación de queroseno para los más de 500 millones de personas en países en desarrollo que carecen de acceso a la electricidad. Imprime sus células solares de polímero y circuitos en rollos de película de plástico flexible de 25 micrómetros de grosor, utilizando prensas estándar de pantalla y ranura. Luego, se imprime un circuito de cinta de cobre en las células solares, y los componentes, como LED montados en superficie, baterías planas y un diodo, se montan utilizando epoxi de plata. Todo el conjunto se encapsula en una segunda hoja de película. Se espera que las lámparas funcionen durante al menos un año y costarán menos del 25% del presupuesto actual de iluminación de los compradores.
Avances en la eficiencia de los paneles solares de plástico
En la actualidad, se están realizando estudios de investigación que están dando como resultado células solares de polímero con buenas eficiencias, aumentando a una tasa de aproximadamente 1% anual, lo cual es lo suficientemente rápido como para que los paneles solares de plástico compitan con el silicio en unos pocos años.
Solarmer Energy, Inc. está desarrollando paneles solares de plástico para dispositivos portátiles mediante la incorporación de tecnología inventada en la Universidad de Chicago. El producto es una célula que mide 8 pulgadas cuadradas y se espera que tenga una eficiencia energética del 8%. La nueva tecnología utiliza un nuevo material semiconductor llamado PTB1, que convierte la luz solar en electricidad. La capa activa de PTB1 tiene un grosor de 100 nanómetros.
El profesor Guillermo Bazan y un equipo de investigadores de posgrado en el Centro de Polímeros y Sólidos Orgánicos (CPOS) de la UC Santa Bárbara han anunciado un avance importante en la síntesis de polímeros orgánicos para células solares de plástico. El equipo redujo el tiempo de reacción en un 99%, de 48 horas a 30 minutos, y aumentó el peso molecular promedio de los polímeros en un factor de más de El tiempo de reacción reducido reduce efectivamente el tiempo de producción de los polímeros orgánicos casi a la mitad, mientras que el mayor peso molecular de los polímeros tiene un beneficio importante al aumentar la densidad de corriente en las células solares de plástico en un factor de más de cuatro. El equipo planea aprovechar este enfoque para generar nuevos materiales que aumentarán la eficiencia y la vida útil de las células solares, y para reevaluar estructuras de polímeros consideradas anteriormente que deberían mostrar un rendimiento mucho mayor.
Un grupo internacional de científicos ha desarrollado una célula solar de polímero con una capacidad aún no vista en células similares: casi todos los fotones que absorbe se convierten en un par de portadores de carga eléctrica, y cada uno de esos pares se recoge en los electrodos de la célula. La eficiencia total de la célula es del 6%, lo que resulta en un total del 6% de la energía absorbida que se convierte en electricidad utilizable cuando se ilumina en el laboratorio con luz solar simulada. Este trabajo es una buena señal de que es posible producir células solares de polímero con eficiencias lo suficientemente buenas para la producción comercial. La célula solar está hecha de un copolímero, un polímero que consiste en dos cadenas de polímeros alternantes diferentes. Su función es liberar electrones cuando es golpeado por la luz solar; los electrones son aceptados por un derivado de fullereno, un material basado en una forma de carbono que tiende a formar grandes moléculas esféricas conocidas como fullerenos. Cuando los dos materiales se combinan en una capa activa compuesta, se forman regiones que separan la carga positiva y negativa: los huecos cargados positivamente que quedan cuando los electrones abandonan el copolímero y, por supuesto, los propios electrones.
Un estudio realizado por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) encontró que la sustitución de un átomo de silicio por un átomo de carbono en la estructura del polímero mejoró notablemente las propiedades fotovoltaicas del material. Este polímero que contiene silolo también puede ser cristalino, lo que le da un gran potencial como ingrediente para células solares de alta eficiencia. El nuevo polímero alcanzó una eficiencia del 6% en el laboratorio. El equipo ha demostrado que el material fotovoltaico utilizado en sus células solares es uno de los más eficientes basados en un polímero de capa única y de banda prohibida baja, cuando un polímero puede aprovechar mejor el espectro solar, absorbiendo más luz solar. El equipo ha logrado simplificar el proceso y hacer que sea mucho más fácil de producir en masa.
La integración de los paneles solares de plástico en sistemas de energía
Investigadores daneses han conectado una planta de células solares de polímero a una red eléctrica en una exitosa demostración mundial de cómo esta prometedora tecnología de energía renovable puede integrarse en sistemas de energía. Después de la producción de las células solares y en colaboración con Gaia Solar A/S, Risø DTU ha fabricado paneles grandes en los que se montan las células solares de polímero. Gaia Solar A / S se especializa en la construcción de módulos de paneles solares de silicio y ha incorporado las células solares de polímero de Risø en su diseño. El panel se coloca sobre un seguidor que sigue el movimiento del sol. La energía generada se agrega a la red.
Investigaciones futuras y crecimiento del mercado solar
La Universidad de Tecnología de Eindhoven y la Universidad de Ulm han realizado las primeras imágenes en 3D de alta resolución del interior de una célula solar de polímero. Crearon células solares híbridas utilizando una mezcla de dos materiales diferentes: un polímero y un óxido metálico, que se utilizaron para crear cargas en su interfaz cuando la mezcla fue iluminada por el sol. Esperan aumentar la eficiencia de conversión de energía del 2% mediante el desarrollo de polímeros que puedan interactuar con el óxido metálico y mediante el desarrollo de polímeros o moléculas que absorban una parte mayor del espectro solar. En ese momento, se podría aprovechar plenamente las ventajas intrínsecas de las células solares de polímero híbridas en términos de bajo costo y estabilidad térmica de la estructura a escala nanométrica.
Con el mercado solar actualmente valorado en 20 mil millones de dólares y con un crecimiento esperado de alrededor del 30% anual durante la próxima década, está claro que habrá un aumento en la investigación y el desarrollo, y más empresas ingresarán al mercado para satisfacer la demanda.