Nuevos desarrollos para aumentar la eficiencia y disminuir el coste de las células solares fotovoltaicas

Un grupo de investigadores ha logrado una apreciable mejora en la eficiencia de un tipo células solares llamadas célula solar sensibilizada por colorante o célula solar Grätzel, mucho más baratas de fabricar que las habituales células solares de silicio.

[R. M. Navarro – Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC)]

La tierra recibe en una hora más energía procedente del sol que la que consume en un año. Sin embargo, a pesar de este enorme potencial, la energía solar está poco aprovechada ya que la electricidad producida mediante las células fotovoltaicas convencionales, compuestas de materiales semiconductores como el silicio, es 5 o 6 veces más cara que la obtenida mediante fuentes de energía convencionales como los combustibles fósiles o la hidráulica. Por esta razón en los últimos años numerosos equipos de investigación han trabajado en el desarrollo de nuevas células solares con mejor eficiencia en el aprovechamiento de la radiación solar y para rebajar los elevados costes de su fabricación.

 Una de los nuevos diseños más prometedores para rebajar los costes y aumentar la eficiencia de las células solares es el propuesto por el Profesor Michael Grätzel de la Escuela Politécnica Federal de Lausana(Suiza) basado en el principio de la fotosíntesis. Este tipo de célula (Figura 1) está compuesta de: (1) un electrodo plano transparente (ánodo) compuesto de nanopartículas de óxido de titanio cubiertas de un colorante molecular que adsorbe luz, al igual que la clorofila en las plantas,  (2) un electrodo plano simple de Pt (cátodo) a una distancia entre 20-40 μm y, (3) un líquido conductor (electrolito) entre los electrodos.  En este tipo de células (Figura 1), la luz solar pasa a través de ella generando electrones en el colorante sensitizador e inyectándolos hacia el electrodo de TiO2 a partir del cual viajan a través de un conductor hacia el electrodo simple de Pt generándose de esta forma la corriente eléctrica.  

celula solar

Figura 1 Esquema de funcionamiento de la célula solar Grätzel

La mayoría de los materiales para realizar este tipo de células son de bajo coste, de fácil manufactura y flexibles, permitiendo que este tipo de células se puedan instalar en una amplia variedad de objetos y materiales (ventanas, tejados,….). Desde el punto de vista teórico las células solares de Grätzel ofrecen tremendas posibilidades para lograr células solares baratas de alto rendimiento pero sin embargo este tipo de diseños presenta dos problemas principales de durabilidad y eficiencia que impiden su comercialización a gran escala y derivados de: (i) el electrolito (I3-/I-) es extremadamente corrosivo lo que resulta en una baja durabilidad de los materiales de la célula y además absorbe parte de luz y, (ii) el cátodo esta recubierto de Pt un material que es caro, no transparente y raro.

Un equipo de investigadores liderados por el Profesor Marsan de la Universidad de Quebec ha desarrollado dos tecnologías para hacer frente a los problemas de eficiencia y durabilidad que impiden el desarrollo industrial de las células solares de Grätzel.  Así a nivel de electrolito han desarrollado nuevos materiales transparentes a la luz solar y no corrosivos que permiten por lo tanto aumentar la durabilidad y el fotovoltaje de salida de la célula. También han desarrollado nuevos cátodos en los que sustituyen el caro y escaso Pt por sulfuro de cobalto más económico, eficiente y estable. Con la utilización de estos elementos, las células solares creadas por el equipo alcanzaron una eficiencia del 6.5 %, todo un record para este tipo de células.  Si bien las células  solares típicas de silicio tienen una eficiencia del 12%, con estos nuevos desarrollos se abre una puerta alternativa para la obtención de células solares eficientes con menor coste de fabricación que las actuales basadas en Si.

 Más información

M.Wang et al, Nature Chemistry, 4 Abril 2010

M. Wang et al. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 15976-15977

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