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Cambio Climático

Fibras ópticas envueltas con células solares

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Las células sensibilizadas con tinte reciben un doble impulso gracias a los nanocables y la fibra óptica.

  • por Katherine Bourzac | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 30 Octubre, 2009

Las células solares sensibilizadas con tinte son flexibles y baratas de producir, aunque tienden a ser ineficientes a la hora de convertir la luz en electricidad. Una forma de aumentar el rendimiento de cualquier célula solar es mediante el incremento del área de superficie disponible ante la luz. Por ese motivo, un grupo de investigadores en Georgia Tech ha construido células solares sensibilizadas al tinte con un área de superficie mucho más efectiva, y para conseguirlo han envuelto fibras ópticas con este tipo de células. Estas células solares de fibra son seis veces más eficientes que las células solares de óxido de zinc con la misma área de superficie, y si se logran construir utilizando fibras de polímero de bajo coste, su precio no debería ser significativamente más elevado.

La ventaja de un sistema de células solares de fibra óptica sobre uno plano es que la luz rebota alrededor del interior de la fibra óptica al tiempo que viaja a través de su longitud, lo que proporciona más oportunidades para interactuar con la célula solar en su superficie interna y producir más corriente. “En cuestión de espacio, el área total de la célula es mayor, y un incremento en la superficie se traduce en mejoras dentro de la cosecha de luz y más energía,” afirma Max Shtein, profesor asistente de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Michigan, que no estuvo involucrado en la investigación.

Las células solares de fibra óptica también se podrían usar de formas que en la actualidad no son posibles. Zhong Lin Wang, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en Georgia Tech, afirma que las células solares de fibra ocupan menos área en los tejados que las células planas puesto que las largas longitudes de las fibras se podrían anidar en las paredes de la casa del mismo modo que ocurre con los cables eléctricos.

Las células solares sensibilizadas con tinte utilizan moléculas de tinte para absorber la luz y generar electrones. En primer lugar, el grupo de Georgia Tech elimina recubrimiento de las fibras ópticas y después cultiva nanocables de óxido de zinc a lo largo de su superficie, como las cerdas de una escobilla limpiadora. Después, las fibras son tratadas con moléculas de tinte, que las estructuras de óxido de zinc se encargan de absorber. La ventaja de colocar una capa de nanocables con tinte, en vez de una superficie lisa, es que los cables de forma colectiva tienen un área de superficie muy grande. Cuantas más moléculas de tinte haya sobre un área determinada en la célula, más luz podrá absorber, afirma Wang. Las fibras con capas de tinte son después rodeadas con una electrolito y una película de metal que saca los electrones del dispositivo. El estudio está descrito en la revista Angewandte Chemie International Edition.

“La cuestión es si somos capaces de absorber toda la luz utilizando una pequeña cantidad de materiales,” afirma Yi Cui, profesor asistente de ciencias de los materiales en la Universidad de Stanford. Construir una célula nanoestructurada en una fibra óptica proporciona una forma de conseguir algo así mediante el incremento de tanto el área de superficie cubierta por el tinte y la longitud de la vía efectiva de la luz, afirma. Cuando más tenga que viajar un fotón a lo largo de una célula solar, más oportunidades tiene para interactuar y generar un electrón.

Uno de los problemas potenciales para las células de fibra es, en primer lugar, el hecho de conseguir la suficiente cantidad de luz dentro de ellas. Los dispositivos de Wang sólo recolectan luz en sus puntas, así que para conseguir la suficiente cantidad de luz dentro de una célula solar como tal sin tener que seguir el movimiento del sol, hay que construir fibras más pequeñas para unirlas en grupo. Cui afirma que las puntas de las fibras se podrían hacer de materiales muy efectivos a la hora de dirigir la luz dentro de la fibra. Otra forma de solucionar este problema es mediante la construcción de células de fibra que puedan absorber luz a lo largo de toda su longitud, no sólo en las puntas—algo en lo que Shtein está trabajando. Esto es complicado, puesto que significa que la capa de las células tiene que ser tanto conductiva a nivel eléctrico como transparente, una combinación poco usual.

No obstante, Shtein afirma que las fibras capaces de absorber la luz por los laterales ofrecen “una arquitectura interesante para la captura de luz, puesto que puedes distribuir las fibras en el espacio de forma que te ayude a capturar más fotones de forma más efectiva de lo que ocurriría con un dispositivo plano.” Cuando más estrecho sea el ángulo con el que la luz alcance a la célula plana, más luz se refleja fuera de la superficie. Sin embargo la luz que se refleje fuera de la superficie curva de una fibra en un ángulo estreno alcanzará una fibra adyacente. Estas células se podrían diseñar de tal forma que no sea necesario instalarlas con sistemas de seguimiento del movimiento solar, y podrían funcionar en días nublados cuando la luz es difusa, afirma Shtein.

Wang afirma que el siguiente paso es probar distintos materiales. Hasta ahora ha construido las células con fibras ópticas de cuarzo, que son relativamente caras. Sus planes siguientes son intentar fabricar las células utilizando fibras de polímero más baratas.

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