Si la eficiencia de las células solares de polímero—que son más baratas y ligeras que las células de silicio—se puede aumentar de forma significativa, podrían ser ideales para cubrir tejados o laminar ventanas.
Solarmer Energy, con sede en El Monte, Califo ia, tiene el objetivo de alcanzar el 10 por ciento de eficiencia a finales de este año, afirma Yue Wu, el director ejecutivo de la compañía, además de director de investigación y desarrollo. Las células orgánicas probablemente necesitarán al menos esa eficiencia para competir en el mercado fotovoltaico.
En colaboración con Luping Yu, profesor en la Universidad de Chicago, la startup ha logrado crear con anterioridad polímeros que absorben un amplio rango de longitudes de onda y ha fabricado células que convierten la luz del sol en electricidad con una eficiencia registrada de casi el 8 por ciento.
En la actualidad se trabaja en células solares de polímero con eficiencias incluso más altas. Solarmer está colaborando con Yang Yang, profesor de ciencias e ingeniería de los materiales en la Universidad de Califo ia, Los Angeles. Yang está trabajando en un grupo de varias células apiladas capaces de absorber distintas bandas de luz. Espera alcanzar eficiencias de entre un 12 y un 15 por ciento utilizando este método junto a nuevos polímeros y un mejor diseño de dispositivo. Hasta ahora, ha creado prototipos de laboratorio con eficiencias superiores al 6 por ciento. Presentará su trabajo el martes en la reunión de la Amercian Physical Society.
Las células solares de polímero deberían ser más baratas que las de película fina de cadmio-telurio o de cobre indio galio selenio (CIGS), puesto que utilizan materiales de bajo coste y fáciles de imprimir, afirma Michael McGehee, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad de Stanford. No obstante McGehee cree que las células de polímero tendrán que poseer una eficiencia superior al 15 por ciento para que logren un impacto significativo en el mercado de la energía solar. “Aún no conocemos bien la física como para conocer cuál es el límite teórico,” señala McGehee. “Creo que es posible alcanzar células con entre un 15 y un 20 por ciento.”
El equipo de investigación de Solamer tiene varias tácticas para incrementar la eficiencia de las células. Sus células están hechas de un polímero semiconductor que absorbe la luz del sol y libera electrones, y una nanoestructura de carbono que transporta los electrones al circuito exte o.
Dentro del polímero, los electrones van desde un nivel de energía bajo a alto al ser bombardeados por los fotones. Cuanto más pequeña sea la diferencia (o vacío de banda) entre estos niveles, más luz puede absorber una célula, y mayor es su eficiencia. Una forma de reducir el vacío de banda consiste en reducir el nivel de energía más alto. El profesor de química de la Universidad de Chicago, Yu, está usando esta técnica para diseñar nuevos tipos de polímeros con vacío de banda estrechos. “La belleza de las células solares orgánicas es que somos capaces de crear nuevos materiales que se ajustan a esos niveles de energía,” señala Yang.
Los investigadores también están intentando mejorar la interfaz entre el polímero y la estructura de nanocarbono para que los electrones se muevan más rápidamente hacia el circuito exte o sin quedarse atrapados en el material. Y están desarrollando mejores materiales de electrodo y formas mejoradas de fabricación de dichos electrodos. Yang señala que estos avances finalmente harán posible que suba la eficiencia de las células individuales y de las células apiladas.
Incluso si Solarmer alcanza su objetivo del 10 por ciento de eficiencia, afirma Wu, puede que se tarde hasta tres años antes de que la compañía pueda lograr imprimir paneles solares de grado comercial con esas cuotas. Ahora mismo, la compañía planea tener dispositivos en bolsas para ordenadores portátiles y paneles para teléfonos móviles a principios de 2011, a los que les seguirán toldos y sombrillas.
Yang afirma que las células solares orgánicas no sólo deben poseer eficiencias más altas, sino también más estabilidad. “Lo que se comercializa no posee la eficiencia más alta, pero sí es el tipo de tecnología más reproducible,” afirma. De hecho, la startup de plástico solar Konarka, con sede en Lowell, Massachusetts, está produciendo paneles flexibles a gran escala y a pesar de unos grados de eficiencia de entre sólo un 3 y un 5 por ciento.
Adam Moulé, ingeniero químico y profesor de ciencias de los materiales en la Universidad de Califo ia, Davis, afirma que incrementar la vida de las células solares orgánicas es ahora el mayor reto. Los paneles de Solarmer tienen una vida de hasta tres años.
“El récord de eficiencia conseguido del 7,9 por ciento es realmente increíble,” afirma Moulé. “Si pudiesen fabricarse unidades fotovoltaicas orgánicas de más de un 5 por ciento de eficiencia y con una vida garantizada de más de cinco años, entonces creo que serían competitivas con las de CIGS y las de silicio gracias a la reducción en el coste del panel.”