SOLENGRAF: La revolución usando materiales grafénicos que busca jubilar al platino en la energía solar
El proyecto español SOLENGRAF, una colaboración estratégica entre diversas unidades del CIEMAT y el ISOM-UPM, está rediseñando el futuro de la energía fotovoltaica de tercera generación. Su objetivo es ambicioso: sustituir metales críticos y costosos, como el platino (Pt), por derivados del grafeno (GRMs) obtenidos a partir de residuos, transformando un problema ambiental en una solución tecnológica de alto valor.
La clave técnica: Electrodeposición para reducir el material
A diferencia de otros métodos de fabricación que requieren tratamientos térmicos agresivos y/o costosos, SOLENGRAF apuesta por la electrodeposición. Esta técnica permite la fijación y reducción simultánea del óxido de grafeno (GO) a óxido de grafeno reducido (rGO) sobre sustratos conductores.
Este avance es fundamental por dos razones: reduce drásticamente el consumo de energía en la fabricación y permite el uso de sustratos flexibles, abriendo la puerta a celdas solares que pueden integrarse en ropa, mochilas o superficies curvas cotidianas.
Comparativa de síntesis: Hummers vs. Tour
La investigación, liderada por las doctoras Susana Mª Fernández y Mª Belén Gómez-Mancebo de los departamentos de Energía y Tecnología del CIEMAT, respectivamente, ha permitido comparar las prestaciones de un contraelectrodo, diseñado para células fotovoltaicas de tercera generación, basado en óxido de grafeno obtenido por diferentes rutas químicas. Las alumnas en prácticas, Elena Lleo, graduada en Química por la Universidad Complutense de Madrid, y Nuo Chen, alumna de grado de la Universidad de Ciencias Ambientales de Alcalá de Henares, en el marco de sus prácticas en empresa lograron optimizar con éxito el proceso de electrodeposición del GO. Gracias a ello, se pudo realizar una comparativa entre el material comercial (Graphenea S. L.) y el sintetizado en el laboratorio bajo los métodos de Hummers y Tour.
- Método de Tour: Ha demostrado ser el más prometedor. Al utilizar una mezcla ácida de H2SO4/H3PO4, preserva mejor la red cristalina del carbono y ofrece una oxidación más homogénea. Los resultados obtenidos muestran una resistencia de hoja competitiva de ~20 Ω/sq y una opacidad óptima (8-10%), igualando prácticamente la funcionalidad del platino.
- Método de Hummers: Aunque es más rápido, presenta mayores riesgos ambientales y una menor eficiencia de reducción tras el procesado, siendo más apto para aplicaciones específicas donde se requiera mayor transparencia, como es el caso de dispositivos bifaciales.
Hacia la soberanía tecnológica europea
Más allá del laboratorio, este trabajo se alinea con la Ley de Materias Primas Críticas de la UE. Al prescindir del platino, cuya volatilidad de precios y escasez geográfica son críticas, España y Europa avanzan hacia una autonomía estratégica.
El uso de grafeno derivado de residuos no solo abarata la producción de energía limpia, sino que cierra el círculo de la economía circular, demostrando que el camino hacia el «Net Zero» puede ser, además, económicamente rentable.
Foto del equipo de investigación que está llevando a cabo la investigación.
Agradecimientos:
- Ministerio de Ciencia e Innovación. Ayuda PID2023-146988OB-C21 financiada por MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033 y por la “Unión Europea NextGenerationEU/PRTR.
Contactos:
Dra. Susana Mª Fernández Ruano. E-mail: susanamaria.fernandez@ciemat.es
Dra. Mª Belén Gómez-Mancebo. Email: mariabelen.gomez@ciemat.es
