Las células fotoeléctricas que capturan la luz con pigmentos y además son fáciles de fabricar han ganado una impresionante serie de premios científicos -entre otros el Premio Millennium Technology en 2010- pero han tenido muy poco impacto comercial desde su invención en 1988.

Un novedoso diseño presentado por investigadores de la Universidad Northwestern (Estados Unidos) podría cambiar ese hecho. Este equipo ha presentado una célula de pigmentos fotosensibles que elimina la desventaja inherente a este tipo de células: su corrosivo electrolito líquido con tendencia a fugarse.

Al contrario que los paneles solares de película fina y los de silicio, los paneles basados en pigmentos se pueden fabricar sobre rollos en procesos baratos parecidos a la impresión. Así pues, aunque este tipo de células sean menos eficaces que las células solares de silicio, podrían ser rentables.

La mejora lograda por la Universidad de Northwestern es el último en una larga cadena de mejoras en lo que Michael McGehee, director del Centro de Fotovoltaica Molecular Avanzada de la Universidad de Stanford (EE.UU.), ha definido hace poco como el "renacimiento" de las células de pigmentos. Avances recientes en el campo podrían transformar finalmente estas curiosidades científicas en prácticos generadores de energía.

La luz que en entra en una célula de pigmentos fotosensibles excita una capa porosa de titanio cubierta por un pigmento, generando cargas negativas y positivas. Las cargas primeras–electrones excitados- fluyen fuera de la célula a través del titanio mientras que las cargas positivas fluyen hacia un electrolito líquido. Al igual que en las pilas alcalinas que están rellenas de electrolito, las fugas son un peligro siempre presente, sobre todo en los paneles solares sometidos a condiciones climatológicas adversas. Los electrolitos calentados a 80ºC (en un tejado, por ejemplo) pueden expandirse y romper el sellado del panel. Además, el electrolito con base de yodo de las células de pigmentos es lo suficientemente corrosivo como para comerse incluso materiales resistentes a la oxidación, como el aluminio o el acero inoxidable.

Mercouri Kanatzidis, químico de la Universidad Northwestern, junto con Robert Chang, científico del área de materiales, y dos estudiantes de la institución sustituyeron el electrolito líquido de la célula de pigmentos por un semiconductor sólido basado en yodo. Aunque diseños sólidos de este tipo de células creados anteriormente han reducido la producción energética de la célula, el diseño de Northwestern incluso mejora el rendimiento. Según los investigadores esto se debe a que el semiconductor de cesio-estaño-yodo que sustituye al electrolito líquido también absorbe la luz. “Nuestro material absorbe más luz que el propio pigmento”, explica Kanatzidis.

En un artículo aparecido en la revista Nature la semana pasada, el equipo de Northwestern afirma que su célula convierte un 10,2 por ciento de la luz entrante en electricidad, lo que supone mucho más que el 7 por ciento de eficiencia de las mejores células de pigmentos sólidas existentes. Sean Shaheen, experto en fotovoltaica orgánica de la Universidad de Denver (EE.UU.), afirma que la eficiencia de la célula de Northwestern se acerca más al 8 por ciento en condiciones estándares de prueba. Pero Shaheen también afirma que es un avance importante para las células de pigmentos.

Kanatzidis sostiene que se podría comercializar el diseño si se consigue que la eficacia de las células supere el 11 por ciento. Eso es menos que el 12 o el 16 por ciento de eficiencia de los finos paneles de película comerciales y está muy por debajo de la eficiencia de los paneles de silicio. Pero el coste de fabricación de las células de pigmento también debería ser mucho menor.

Dyesol, un fabricante australiano de células solares, está buscando la forma de explotar el procesado de bajo coste para comercializar tecnología solar de pigmentos convencional, lo que incluye el electrolito líquido. Su estrategia es integrar células solares de pigmentos en los materiales de construcción, como los paneles de cristal de los rascacielos o las planchas de acero de los tejados. En el mes de marzo de este año, el socio comercial surcoreano de Dyesol, Timo Technology, instaló paneles de cristal en un edificio de Seúl. Además, Dyesol está asociándose con el productor de acero indio Tata Steel para desarrollar tejados de este material cubiertos con células solares de pigmentos.

Damion Milliken, director de investigación y desarrollo en Dyesol, insiste en que es posible evitar las fugas de electrolitos líquidos. “Dyesol y otros han producido aparatos con una estabilidad a largo plazo excelente que han sido sometidos a pruebas que simulan el uso durante 25 años y más”, afirma Milliken. “La tecnología es comercialmente viable”.