Investigador del IFUAP emula el proceso de fotosíntesis para generar energía a partir del sol

Jueves, Abril 12, 2018

El doctor Julio Villanueva Cab estudia los principios básicos del funcionamiento de celdas solares sensibilizadas por tinte, como alternativa para mejorar su eficiencia y estabilidad

Las tecnologías de última generación han comenzado a crecer de manera importante en tan poco tiempo, pues constantemente se generan nuevos materiales, metodologías y alternativas. Los paneles solares no son la excepción, ya que en los últimos años se incrementó su uso a nivel nacional e internacional.

Ahora el reto de los científicos es desarrollar procesos que garanticen la estabilidad de la conversión de energía fotónica a eléctrica en las celdas solares. Entre estas se encuentran las sensibilizadas por tintes CSST que son viables a intensidades de iluminación baja (interiores de casas u oficinas) y alcanzan eficiencias actuales del 12 por ciento [https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png]. Además se fabrican con un mínimo de infraestructura y tiempo, y su periodo de vida estimado es de 10 años.

Para aumentar su eficiencia de foto conversión, Julio Villanueva Cab, investigador del Instituto de Física “Ing. Luis Rivera Terrazas” de la BUAP (IFUAP), con sede en el Ecocampus Universitario Valsequillo, incorporó nanopartículas de oro en el electrodo fotoactivo de este tipo de paneles, estrategia ya antes considerada por otros científicos, logrando un aumento de hasta 84 por ciento en su eficiencia [http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/ee/c3ee23971c#!divAbs....

Incorporar nanopartículas metálicas aún es un tema de debate en la comunidad científica, ya que también se asocian con la pérdida de energía. Igualmente, muchas publicaciones indican que es necesario dotar a las nanopartículas metálicas de un cascarón semiconductor para evitar degradación del metal y merma en corriente.

En un primer estudio, el académico comprobó, contrariamente a lo reportado en la literatura, que la presencia de estas nanopartículas metálicas “sin recubrimiento”, depositadas en la parte superior del electrodo fotoactivo, no son la principal causa en la pérdida de eficiencia en las CSST [http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpcc.6b01053].

Rompiendo paradigmas

En publicaciones científicas, se plantea que el uso de nanopartículas de oro favorece la generación de más corriente en las celdas sensibilizadas por tinte. Por otro lado, algunos investigadores argumentan que agregar metales en escala nanométrica provoca un corto circuito y, por consiguiente, un descenso de energía, una hipótesis no comprobada hasta el momento.

El doctor Julio Villanueva Cab, integrante del grupo de investigación de Nanomateriales Funcionales y Dispositivos Optoelectrónicos, explica que una cantidad apropiada de nanopartículas de oro aumenta la absorción de luz en este tipo de paneles solares.

Por consiguiente, en su investigación incorporó estas partículas microscópicas a las celdas solares sensibilizadas por tinte, para dotarlas de nuevas cualidades ópticas y, como una nueva contribución, midió las propiedades de pérdida, las cuales pueden cuantificarse al usar caracterizaciones optoelectrónicas y modelos matemáticos.

Entre los resultados, “se comprobó una ligera pérdida, pero esta no es el principal factor relacionado con la disminución de la eficiencia (energía) en la celda solar”, expuso el investigador del IFUAP.

Existen diferentes métodos, formas y lugares de incorporar las nanopartículas metálicas en las CSSTs. Esto deja la puerta abierta a más investigación en el tema, señaló el doctor en Física Aplicada por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), Unidad Mérida, del Instituto Politécnico Nacional (IPN).

Mejores prototipos

Las celdas son elaboradas en el laboratorio de “Fabricación y caracterización de celdas solares emergentes”, en el Ecocampus Valsequillo, y tienen un área aproximada de un centímetro cuadrado.

Una vez elaborado el prototipo, Julio Villanueva, nivel I del Sistema Nacional de Investigadores, aplica luz –que simula la del sol- en la celda para medir su curva de corriente contra voltaje y conocer su eficiencia. Con los resultados, por medio de modelos matemáticos y parámetros obtenidos experimentalmente, reconstruye su curva de corriente contra voltaje para determinar los efectos de incorporar nuevos materiales que aumenten la captación de energía solar en los prototipos posteriores.

Por otra parte, el investigador del IFUAP informó que la desventaja de este tipo de tecnología es su estabilidad, porque al estar compuesta de una solución electroquímica, esta puede fugarse de la celda con el paso del tiempo. Adicionalmente, estudios científicos indican que después de un año de su fabricación, al ser expuestas al ambiente, se incorpora un 10 por ciento de agua en proporción al volumen de solución electrolítica contenida en la celda, líquido que puede ser dañino o favorable. Este tema es estudiado por Alfredo Romero Contreras, estudiante de doctorado en la Especialidad Ciencia de Materiales del IFUAP, bajo la supervisión del doctor Villanueva Cab.

Con este trabajo, además de mejorar la eficiencia de las celdas sensibilizadas por tinte, Julio Villanueva pretende conocer el funcionamiento de las mismas para perfeccionar esta tecnología y aumentar de manera significativa su porcentaje en la conversión de energía solar.