¿Qué son las celdas solares orgánicas (OPVs)?

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La reducción de las reservas de los combustibles fósiles (sobre todo petróleo) muestra la necesidad urgente de contar con otras fuentes alternas de energía renovables, limpias y económicas, tales como la eólica (la producida por el viento), la hidroeléctrica y la solar. La búsqueda de estas fuentes alternativas es uno de los más importantes retos que actualmente la humanidad confronta. Los investigadores sobre la energía solar siguen trabajando para mejorar esta tecnología, el objetivo es encontrar nuevas fuentes de energía renovables y ahorrar las reservas energéticas actuales. Ahora se está trabajando en unas celdas solares orgánicas de menor tamaño que las convencionales y hacerlas de una manera más eficiente. El objetivo de las celdas solares orgánicas no es sustituir a las de silicio, si no complementar las fuentes de energía.

Por José Luis Maldonado Rivera
La energía solar está siendo empleada en varias formas, pero el método más familiar usa celdas solares basadas en el silicio, en las cuales la transformación directa de la luz del sol en electricidad se realiza a través del efecto fotovoltaico (PV por sus siglas en inglés), el cual absorbe energía solar que genera electricidad, tiene ventajas con respecto a otros mecanismos. No obstante, la tecnología fotovoltaica tradicional basada en semiconductores inorgánicos, particularmente en el silicio y su familia de elementos químicos, requiere condiciones de fabricación muy especializadas que aún implican un alto costo, el cual no es rentable para determinadas aplicaciones y que hasta ahora ha restringido su uso masivo.

Desde el descubrimiento de los semiconductores orgánicos ha habido un enorme interés tecnológico en ellos; esto se explica debido a que son materiales plásticos que pueden conducir electricidad bajo ciertas condiciones y (o además) emitir y absorber luz; estos compuestos contienen en su estructura átomos de carbono. Los materiales orgánicos presentan diversas propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas que los hacen sumamente atractivos para una gran variedad de dispositivos; entre otros, ha existido un notable esfuerzo para emular el comportamiento de dispositivos basados en materiales inorgánicos como son los transistores, los diodos emisores de luz (LEDs) y dispositivos fotónicos; pero fue sólo hasta años recientes que el progreso logrado en la investigación básica y aplicada ha permitido considerar a los materiales orgánicos como una alternativa viable en aplicaciones opto-electrónicas.

Entre las ventajas de las celdas orgánicas fotovoltaicas (celdas OPVs) se incluyen: condiciones de manufactura menos especializadas en comparación con su contraparte inorgánica, así como los bien conocidos métodos de deposición de películas delgadas por la industria plástica, posibilitando sus aplicaciones a una escala mayor de una forma más simple. Actualmente, la eficiencia de conversión eléctrica de la tecnología orgánica no se compara con la eficiencia de dispositivos inorgánicos (mayores a 20 %). No obstante, el rápido crecimiento de la eficiencia de conversión lograda en los últimos años (entre 6 y 8 %), sugiere que la investigación orientada a incrementar el funcionamiento, así como la vida útil de las celdas OPVs, permitirá competir con la tecnología inorgánica convencional en un futuro cercano. Las investigaciones en este campo se han incrementado considerablemente en los últimos años y los laboratorios involucrados están conjuntando todos sus esfuerzos y habilidades en la búsqueda de novedosos materiales orgánicos y nano-tecnologías para las aplicaciones fotovoltaicas.

En general, se puede mencionar que en el desarrollo de celdas OPVs eficientes, la estrategia seguida por la comunidad científica se ha centrado en tres direcciones:
1) desarrollo de nuevos materiales orgánicos capaces de absorber la mayor cantidad de luz solar, principalmente en la región visible y cercano infrarrojo (calor), fotogenerando cargas eléctricas y posibilitando el transporte interno de las mismas;
2) aumento de la eficiencia, combinando diferentes materiales con novedosas arquitecturas e ingenierías de las celdas y métodos de fabricación, y
3) comprensión fundamental de los fenómenos físico-químicos involucrados y el funcionamiento global de las celdas OPVs.
Esta es una estrategia multidisciplinaria del conocimiento humano.

Lo anterior nos ilustra la importancia de la investigación y desarrollo de estos dispositivos fotovoltaicos para energía renovable en un futuro próximo. Actualmente, ya hay algunas compañías de muy reciente creación, como las compañías Konarka y Solarmer que están creando prototipos fotovoltaicos orgánicos para dispositivos eléctricos como cargadores de teléfonos celulares, pequeñas lámparas, etcétera.

En el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), en conjunto con la UNAM, el Cinvestav-IPN (campus DF) y la Universidad Autónoma de Madrid (España), como una actividad científico-tecnológica de la Red MATUEM, se están conjuntando esfuerzos para el desarrollo de esta nueva tecnología energética que beneficiará enormemente a nuestro país. El CIO, junto con sus colaboradores, tiene la capacidad humana y material para incidir en los tres aspectos estratégicos señalados anteriormente para lograr celdas OPVs eficientes. Con estas investigaciones, se impulsará en nuestro país la capacidad científica y tecnológica para la fabricación de tales celdas como una potencial fuente de energía renovable, económica y limpia, mediante un enfoque multidisciplinario e interinstitucional.

2 comentarios en “¿Qué son las celdas solares orgánicas (OPVs)?”

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