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Células solares plásticas de alta eficiencia

En un claro avance que podría acelerar el uso comercial de la energía solar, un equipo de científicos financiado por la Unión Europea desarrolló unas células solares sensibilizadas con colorantes (DSSC) de alta eficiencia que, gracias al empleo de estructuras fotónicas flexibles, serían capaces de competir con los dispositivos fotovoltaicos convencionales.
Células solares plásticas de alta eficiencia
Las DSSC se perfilan como una fuente de energía limpia muy prometedora al posibilitar, a un coste reducido, unas eficiencias de conversión energética elevadas incluso bajo cielos nublados o con luz artificial. Sin embargo, resulta problemático fabricar DSSC con una eficiencia de conversión elevada y al mismo tiempo un valor de transparencia alto. Este aspecto restringe su utilización en sistemas fotovoltaicos integrados en edificios o en vehículos.

En el marco del proyecto INPHOFLEX (Integration of photonic nanostructures in flexible dye solar cells), financiado por la Unión Europea, un equipo de científicos halló la manera de solucionar esta disyuntiva entre transparencia y eficiencia utilizando unas nanoestructuras fotónicas novedosas.

En primer lugar fabricaron, mediante compresión física, una DSSC sobre un sustrato plástico, con lo que se logró una eficiencia energética del 6,4 %. A continuación llevaron a cabo una serie de experimentos, preparando unas retículas ópticas multicapa que proporcionaban picos de reflexión óptica intensos y bien definidos, dentro de los rangos espectrales deseados. Se desarrollaron métodos nuevos para depositar cristales fotónicos directamente sobre ánodos de dióxido de titanio fotosensibilizados, para que actuasen como retrorreflectores. Se hizo un ajuste fino de la respuesta espectral de los cristales fotónicos en diferentes rangos con el objetivo de cubrir las regiones azul, verde y roja de la luz visible.

Los resultados demostraron que, comparadas con células de tamaño parecido pero sin cristales fotónicos, las DSSC flexibles con los cristales fotónicos integrados exhibían mejores valores de densidad de corriente de cortocircuito y de eficiencia de conversión energética. La eficiencia original de la célula solar se mantuvo incluso después de flexionar los retrorreflectores.

Con el propósito de optimizar aún más el diseño de las DSSC plásticas, se introdujeron dispersores de luz con distribuciones aleatorias en la célula para reforzar la absorción lumínica. Se añadió además una capa de adhesión al electrodo para potenciar la captación de cargas.

Mediante el proyecto INPHOFLEX se demostró la posibilidad de conseguir DSSC flexibles y ligeras con el color ajustable y con mejores valores de eficiencia y transparencia. Este tipo de células solares ofrece un potencial enorme de cara a aplicaciones en exteriores, como los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios o los dispositivos portátiles recargables, de los que cabe esperar un crecimiento significativo en los próximos años.

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Palabras clave

Células solares sensibilizadas con colorantes, eficiencia de conversión, energía fotovoltaica integrada, INPHOFLEX, cristales fotónicos
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