Investigación sueca identifica nuevo principio de diseño que podría eliminar el uso de productos químicos tóxicos en la fabricación de células solares > hasta 20% de eficiencia libre de toxinas

La producción a gran escala de células solares orgánicas con una alta eficiencia y un impacto medioambiental mínimo es posible gracias a un nuevo principio de diseño desarrollado en la Universidad de Linköping.

Producción de células solares no tóxicas:

• Ventajas: Baratas, ligeras, flexibles, 20 % de eficiencia.
• Problema: Uso de disolventes tóxicos en la fabricación.
• Avance: Método con disolventes ecológicos, potencial uso de agua.
• Impacto: Producción masiva sostenible, menor impacto ambiental.

Producción de células solares no tóxicas y eficientes: un paso hacia la sostenibilidad

La producción a gran escala de células solares orgánicas altamente eficientes y con un impacto ambiental mínimo ya es posible gracias a un nuevo principio de diseño desarrollado en la Universidad de Linköping, Suecia. En un estudio publicado en la revista Nature Energy, los investigadores analizaron la forma y la interacción molecular en estas células solares.

Según Feng Gao, profesor de optoelectrónica en LiU, “Con la electrificación y el desarrollo de la inteligencia artificial, probablemente veremos un aumento significativo en la demanda mundial de energía. Esa electricidad debe provenir de fuentes sostenibles para frenar el cambio climático”.

Entre estas fuentes, las células solares destacan como una solución clave. Como complemento a las tradicionales células de silicio, se están desarrollando varias variantes alternativas, siendo una de las más prometedoras las basadas en plásticos conductores eléctricos, también conocidos como electrónica orgánica.

Ventajas de las células solares orgánicas

Las células solares orgánicas tienen múltiples ventajas:

• Bajo coste y fácil fabricación.
• Ligereza y flexibilidad. Estas características permiten instalarlas en ventanas, interiores e incluso en prendas de ropa para alimentar dispositivos electrónicos personales.
• Incremento de eficiencia. Actualmente, pueden convertir aproximadamente un 20 % de la luz solar en electricidad, acercándose a la eficiencia de las células solares tradicionales.

A pesar de sus beneficios, la producción de estas células presenta un desafío ambiental: el uso de disolventes químicos tóxicos durante su fabricación.

Desventajas actuales de las células solares orgánicas

• Durabilidad limitada: Vida útil menor que las de silicio.
• Eficiencia aún inferior: Aunque mejora, sigue por debajo de las tradicionales.
• Sensibilidad al entorno: Menos resistentes a factores como humedad o temperatura.
• Uso actual de disolventes tóxicos: Impacto ambiental significativo en métodos convencionales.
• Escalabilidad compleja: Requiere innovación para producirse masivamente sin daño ambiental.

Hacia una producción libre de tóxicos

El proceso convencional implica una mezcla física que se deposita sobre un sustrato, donde el disolvente se evapora. Sin embargo, los disolventes utilizados son perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana. Feng Gao enfatiza que “para producir células solares orgánicas a gran escala mediante tecnologías como la impresión, necesitamos métodos libres de toxinas. De lo contrario, no serán sostenibles”.

El equipo de investigación, en colaboración con colegas de China y Estados Unidos, ha desarrollado un enfoque innovador para producir células solares utilizando disolventes amigables con el medio ambiente. Esto fue posible gracias al mapeo detallado de la interacción molecular entre los materiales transportadores de electrones y los disolventes, empleando técnicas avanzadas de rayos X de sincrotrón y neutrones.

Principios de diseño para una fabricación sostenible

Los investigadores establecieron un principio de diseño que permite utilizar diversos disolventes inocuos, con la esperanza de que incluso el agua pueda servir como disolvente en el futuro. Este avance responde a uno de los mayores desafíos en este campo: comprender la relación entre la morfología y el rendimiento en las células solares orgánicas.

La clave está en estudiar los procesos dinámicos de transporte de carga que ocurren en estructuras a nanoescala y en interfaces moleculares. Según Feng Gao, este enfoque abre el camino para fabricar células solares orgánicas ambientalmente sostenibles.

¿Cómo funcionan las células solares orgánicas?

Imagina que tienes un papel mágico que convierte la luz del sol en electricidad. Ese papel está hecho de un material especial llamado plástico conductor. Este plástico puede atrapar la luz del sol y usarla para mover pequeños «electrones», que son como bolitas de energía muy pequeñas. Cuando estas bolitas de energía se mueven, crean electricidad, que luego usamos para encender cosas como lámparas o cargar un teléfono.

El plástico se mezcla con un líquido (algo así como una pintura especial) que se coloca sobre una superficie, como si estuvieras coloreando. Luego, el líquido se seca y queda una capa delgada lista para atrapar la luz del sol.

Lo genial de estas células solares es que son ligeras y flexibles, por lo que se pueden pegar en cosas como ventanas, ropa o mochilas. Así, puedes llevar tu energía solar a donde vayas. Es como tener un superpoder que convierte el sol en energía limpia y ecológica. 😊

Un futuro prometedor para la energía solar orgánica

Gracias a estos desarrollos, la tecnología de células solares orgánicas tiene un mayor potencial de comercialización a gran escala. Además de ser no tóxicas, estas células podrían integrarse en múltiples aplicaciones, desde edificios inteligentes hasta dispositivos portátiles, contribuyendo así a un modelo energético más limpio y sostenible.

Con este avance, se refuerza la posición de las energías renovables como eje central para satisfacer las necesidades energéticas futuras y combatir el cambio climático.

Vía liu.se

Imágenes: Thor Balkhed