Ingenieros del MIT han desarrollado un modo de producir células solares ultrafinas y escalables que permite generar energía en cualquier superficie. Además, tienen capacidad para generar mucha más potencia por kilogramo que los paneles solares convencionales.
La industria fotovoltaica se está desarrollando a marchas forzadas, consciente como es de que tiene mucho que decir en la descarbonización del planeta. Pero, para poder consolidarse como la principal alternativa a los combustibles fósiles, debe encontrar el modo de mejorar su tasa de conversión de energía y crear nuevos soportes más adaptables y versátiles.
En ello tienen mucho que ver los ingenieros y científicos de los numerosos centros de investigación presentes en el sector de la energía. Uno de los más prestigiosos es el Massachussets Institute of Technology (MIT), que ha dado un paso importante en este sentido.
Células solares sobre tela ultraligera
Concretamente, los ingenieros del MIT han creado células solares sobre una base de tela ultraligera que permite convertir cualquier superficie en una fuente de energía de manera sencilla y rápida.
Estas células solares son bastante más delgadas que un cabello humano y tienen la capacidad de proporcionar energía en todo tipo de circunstancias, ya sea sobre soportes portátiles o estacionarios. Además, su peso es una centésima parte del que tiene un panel solar fotovoltaico convencional, lo que facilita aún más su instalación.
Pero, ¿qué hay de su capacidad de producir energía? No en vano, es habitual que este tipo de innovaciones alcancen tasas de conversión y producción de energía muy limitadas. No es el caso del tejido solar del MIT, que según dicho organismo «genera 18 veces más potencia por kilogramo y está hecho de tintas semiconductoras». Para ello, se utilizan «procesos de impresión que se pueden escalar en el futuro a la fabricación de grandes áreas», amplía el comunicado.
Láminas solares que pueden instalarse en cualquier lugar
El hecho de que las láminas solares creadas por el MIT sean tan delgadas y livianas, hace posible que estas puedan colocarse sobre numerosas superficies, abriendo la puerta a aplicaciones diferentes.
«Por ejemplo, podrían integrarse en las velas de un barco para proporcionar energía mientras están en el mar», sugiere el MIT. «Adherirse a tiendas de campaña y lonas que se despliegan en operaciones de recuperación de desastres, o aplicarse a las alas de los drones para extender su rango de vuelo». Igualmente, esta tecnología solar ligera se puede integrar fácilmente en entornos construidos con necesidades de instalación mínimas.
«Las métricas utilizadas para evaluar una nueva tecnología de células solares generalmente se limitan a su eficiencia de conversión de energía y su costo en dólares por vatio», expone Vladimir Bulović, presidente de la Cátedra Fariborz Maseeh en Tecnología Emergente y líder del Laboratorio de Electrónica Orgánica y Nanoestructurada (ONE Lab).
«Igual de importante es la integrabilidad: la facilidad con la que se puede adaptar la nueva tecnología. Los tejidos solares ligeros permiten eso, proporcionando ímpetu para el trabajo actual», amplía el también director de MIT.nano y autor principal de un nuevo artículo que describe el trabajo. «Nos esforzamos por acelerar la adopción de la energía solar, dada la necesidad urgente actual de desplegar nuevas fuentes de energía libres de carbono», concluye.
Cómo es y cómo funciona el tejido solar del MIT
La tecnología solar actual se basa en las células solares de silicio, que al ser frágiles deben empaquetarse en soportes con estructura de aluminio y láminas de vidrio. Esto hace que, inevitablemente, estos módulos fotovoltaicos sean voluminosos y pesados.
Hace seis años, el equipo de ONE Lab produjo unas células solares tan delgadas que eran capaces de mantenerse sobre una pompa de jabón. Desde ese momento, han trabajado intensamente en reducir los costes y simplificar el proceso de fabricación.
Para lograrlo, se propusieron desarrollar células solares de película delgada que fueran completamente imprimibles, utilizando materiales a base de tinta y técnicas de fabricación escalables.
El método elegido para producir las células solares fue el uso de nanomateriales en forma de tintas electrónicas imprimibles. En el proceso, se recubre la estructura de la célula solar utilizando un recubridor de matriz de ranura, que deposita capas de materiales electrónicos sobre un sustrato preparado y liberable de solo 3 micras de espesor. Utilizando la serigrafía, se deposita un electrodo sobre la estructura para completar el módulo solar.
El siguiente paso es despegar el módulo impreso de aproximadamente 15 micras de espesor del sustrato de plástico, formando un dispositivo solar ultraligero. Sin embargo, estos módulos solares delgados e independientes son difíciles de manejar y pueden romperse fácilmente, lo que complica su despliegue.
El MIT ha encontrado el modo de resolver este problema. Para ello, ha buscado un soporte ligero, flexible y de alta resistencia al que pueda adherir las células solares. Dicho soporte es el tejido, ya que proporciona resistencia mecánica y flexibilidad con poco peso añadido.
En concreto, el material ideal es un tejido compuesto que pesa únicamente 13 gramos por metro cuadrado y que es conocido comercialmente como Dyneema. Esta tela está hecha de fibras que son tan fuertes que se utilizaron como cuerdas para levantar el crucero hundido Costa Concordia. Y, al agregar una capa de pegamento curable por UV (rayos ultravioleta) con sólo unas pocas micras de espesor, adhieren los módulos solares a las láminas de este tejido. Esto forma una estructura solar ultraligera y mecánicamente robusta.
Resultados espectaculares
Cuando probaron el dispositivo, los investigadores del MIT descubrieron que podría generar 730 W/kg de potencia cuando es independiente, y alrededor de 370 W/Kg si se implementa en el tejido Dyneema de alta resistencia. Esto es unas 18 veces más potencia por kilogramo que las células solares convencionales.
«Una instalación solar típica en una azotea en Massachusetts es de aproximadamente 8 kW. Para generar esa misma cantidad de energía, nuestra tela fotovoltaica sólo agregaría unos 20 kilogramos al techo de una casa», afirma el MIT.
También se han realizado pruebas sobre la durabilidad de estos dispositivos y descubrieron que, incluso después de enrollar y desenrollar un panel solar de tela más de 500 veces, las células aún conservaban más del 90 % de sus capacidades iniciales de generación de energía.
El principal inconveniente
Si bien las células solares desarrolladas por el MIT son mucho más ligeras y flexibles que las células tradicionales, deben estar encerradas en otro material para protegerse del medio ambiente. Y es que el material orgánico a base de carbono utilizado para fabricar las células podría modificarse al interactuar con la humedad y el oxígeno en el aire, lo que podría deteriorar su rendimiento.
«Encerrar estas células solares en vidrio pesado, como es estándar con las células solares de silicio tradicionales, minimizaría el valor del avance actual, por lo que el equipo está desarrollando actualmente soluciones de empaque ultrafino que aumentarían fraccionalmente el peso de los dispositivos ultraligeros actuales», dice Jeremiah Mwaura, científico de desarrollo del programa.
«Estamos trabajando para eliminar la mayor cantidad posible de material no activo a la energía solar, conservando el factor de forma y el rendimiento de estas estructuras solares ultraligeras y flexibles. Por ejemplo, sabemos que el proceso de fabricación se puede simplificar aún más imprimiendo los sustratos liberables, equivalente al proceso que utilizamos para fabricar las otras capas en nuestro dispositivo. Esto aceleraría la traducción de esta tecnología al mercado», concluye.
