{"id":134141,"date":"2019-10-29T08:58:48","date_gmt":"2019-10-29T07:58:48","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134141"},"modified":"2019-10-29T08:58:48","modified_gmt":"2019-10-29T07:58:48","slug":"electrodos-basados-en-grafeno-una-revolucion-para-la-tecnologia-fotovoltaica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2019\/10\/29\/134141","title":{"rendered":"Electrodos basados en grafeno, \u00bfuna revoluci\u00f3n para la tecnolog\u00eda fotovoltaica?"},"content":{"rendered":"

Autores: Susana M\u00aa Fern\u00e1ndez Ruano. Jos\u00e9 Javier Gand\u00eda Alabau. Unidad de Energ\u00eda Solar Fotovoltaica. Departamento de Energ\u00eda. CIEMAT.<\/span><\/em><\/p>\n

Uno de los retos a los que se enfrenta la sociedad actual es el desarrollo de nuevas tecnolog\u00edas que permitan generar y almacenar energ\u00eda de manera segura, sostenible y limpia; como consecuencia de la fuerte demanda energ\u00e9tica existente. La generaci\u00f3n de energ\u00eda est\u00e1 originando una gran discusi\u00f3n socioecon\u00f3mica que se ve agravada por el enorme crecimiento de la demanda en pa\u00edses emergentes. Esto da lugar a serios problemas medioambientales, de contaminaci\u00f3n y cambio clim\u00e1tico, as\u00ed como a importantes problemas econ\u00f3micos por la cada vez m\u00e1s acuciante escasez de los recursos naturales y el continuo incremento de la factura de la electricidad. Estamos pues ante una sociedad altamente dependiente\u00a0de las fuentes de energ\u00eda, que comienza a ser consciente de la urgencia que hay por desarrollar y utilizar nuevas energ\u00edas alternativas con car\u00e1cter sostenible, por temor de que se agoten los recursos naturales. <\/span><\/p>\n

En este escenario energ\u00e9tico, en los pr\u00f3ximos a\u00f1os se espera que la tecnolog\u00eda fotovoltaica juegue un papel crucial en la lucha contra el cambio clim\u00e1tico. Hoy en d\u00eda, la hoja de ruta del mercado fotovoltaico, dominado por la tecnolog\u00eda de la oblea de silicio, muestra una fuerte tendencia hacia c\u00e9lulas m\u00e1s delgadas y m\u00e1s baratas. En este sentido, la tecnolog\u00eda de heterouni\u00f3n de silicio surge como soluci\u00f3n potencial de baja temperatura, ya que se trata de dispositivos con excelentes prestaciones y bajo consumo de energ\u00eda en su fabricaci\u00f3n. Uno de los progresos en esta tecnolog\u00eda requiere desarrollar nuevas arquitecturas de electrodos frontales transparentes que permitan la extracci\u00f3n de la corriente del dispositivo de manera m\u00e1s eficiente. En este sentido, el uso del grafeno, el material m\u00e1s resistente que se conoce en la naturaleza, atrae un gran inter\u00e9s. Se piensa que puede ser el substituto incluso de materiales tan importantes como el propio silicio en algunas aplicaciones, y promete su aplicaci\u00f3n en sectores muy dispares. Las expectativas generadas para este material est\u00e1n siendo enormes, y no hay duda que presenta propiedades excepcionales que en principio podr\u00edan suponer una verdadera revoluci\u00f3n tecnol\u00f3gica debido a sus caracter\u00edsticas espec\u00edficas.<\/span><\/p>\n

Bajo estas premisas, la Unidad de Energ\u00eda Solar Fotovoltaica (UESF) del CIEMAT, en colaboraci\u00f3n con la Divisi\u00f3n de Qu\u00edmica y la Unidad de Electr\u00f3nica, ambas tambi\u00e9n del CIEMAT, y el Instituto de Sistemas Optoelectr\u00f3nicos y Microtecnolog\u00edas (ISOM), perteneciente a la Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid (UPM), se encuentra inmersa en el proyecto DIGRAFEN de la convocatoria de Retos de 2017 [1]. Una de las finalidades de este proyecto es llegar a implementar el grafeno, aprovechando sus excelentes propiedades, en dispositivos de generaci\u00f3n de energ\u00eda ya existentes. En particular, se pretende incorporar este material de modo que se mejoren las propiedades electr\u00f3nicas y \u00f3pticas de los electrodos frontales, obteniendo as\u00ed c\u00e9lulas fotovoltaicas m\u00e1s eficientes. Este proyecto es altamente innovador puesto que su principal enfoque es desarrollar nuevas tecnolog\u00edas e ingenier\u00eda de procesado del grafeno para su uso en dispositivos de generaci\u00f3n y almacenamiento de energ\u00eda.<\/span><\/p>\n

Actualmente la UESF, en estrecha colaboraci\u00f3n con el ISOM, se encuentra explorando nuevas arquitecturas de electrodos transparentes basadas en incorporar una, dos y\/o tres capas de grafeno at\u00f3mico en uni\u00f3n con un \u00f3xido conductor transparente convencional, en diferentes configuraciones (ver Fig. 1 (a)). <\/span><\/p>\n

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Fig. 1. (a) Configuraciones de electrodo transparente con grafeno, y (b) sus propiedades \u00f3pticas, testeadas en el marco del proyecto DIGRAFEN [2].<\/strong><\/span><\/span><\/span><\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Los primeros resultados obtenidos revelan que las propiedades optoelectr\u00f3nicas del electrodo transparente basado en grafeno dependen dram\u00e1ticamente del orden en el que se encuentren las capas de grafeno at\u00f3mico. Tanto es as\u00ed que se han obtenido valores de resistencia de hoja de 55 \u2126\/sq cuando el grafeno se coloca en la parte superior del electrodo, y de 150 \u2126\/sq, cuando el grafeno est\u00e1 situado en la parte posterior del mismo (cubierto por el \u00f3xido conductor transparente). En cuanto a sus propiedades \u00f3pticas, se ha observado que la transmitancia del conjunto no se ve afectada por la posici\u00f3n del grafeno; mientras que la comparaci\u00f3n de las reflectancias espectrales con y sin grafeno transferido en la parte superior, nos permiten determinar una importante reducci\u00f3n en este valor, esencial para el dispositivo, valid\u00e1ndose as\u00ed la nueva arquitectura. Estos electrodos se aplicar\u00e1n en un futuro muy cercano sobre un dispositivo fotovoltaico de heterouni\u00f3n de silicio. Todo ello con la intenci\u00f3n de convertir en realidad el uso de uno de los materiales m\u00e1s prometedores que existen, contribuyendo adem\u00e1s a la mejora de la generaci\u00f3n de una energ\u00eda limpia y sostenible.<\/span><\/span><\/p>\n

Referencias:<\/span><\/strong><\/p>\n

[1] <\/span>http:\/\/projects.ciemat.es\/web\/digrafen\/<\/span><\/a><\/span><\/p>\n

[2] S. Fern\u00e1ndez, A. Bosc\u00e1, J. Pedr\u00f3s, A. In\u00e9s, M. Fern\u00e1ndez, I. Arnedo, J.P. Gonz\u00e1lez, M. de la Cruz, D. Sanz, A. Molinero, R. Singh Fandan, M.A. Pampill\u00f3n, F. Calle, J.J. Gand\u00eda, J. C\u00e1rabe, J. Mart\u00ednez, \u201cAdvanced Graphene-based transparent conductive electrodes for photovoltaic applications\u201d,<\/em> Micromachines<\/strong> 2019, vol 10, 402 (11 pages). <\/span><\/p>\n

Online<\/span><\/em> version<\/span>: https:\/\/doi.org\/10.3390\/mi10060402<\/span><\/span><\/p>\n

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Socios del proyecto:<\/span><\/strong><\/p>\n