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Public release date: 2-Sep-2014

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Los paneles solares del futuro

IK4-Ikerlan y la UPV/EHU investigan los límites de las células solares orgánicas y cómo fabricar células más eficientes

Este comunicado está disponible en inglés.

La tecnología fotovoltaica convencional utiliza paneles de silicio grandes, pesados, opacos y oscuros, pero esta realidad puede cambiar en breve. El centro de investigación IK4-Ikerlan está trabajando, dentro del proyecto europeo X10D, con nuevos materiales para fabricar paneles solares, con el fin de encontrar alternativas a los actuales paneles. Para mejorar el funcionamiento de las células de gran superficie hacen falta materiales con menor coste de producción y mayor eficiencia energética.

Los paneles solares que vemos son, por lo general, rígidos y negros. La tecnología fotovoltaica orgánica, en cambio, permite fabricar paneles solares más diáfanos, flexibles y de diversos colores. Pero dicha tecnología debe cumplir ciertos requisitos para que sea aceptada en el mercado: mayor eficiencia, larga duración y bajo coste de producción. Así pues, el objetivo de esta investigación ha sido "analizar qué capacidad tienen los nuevos materiales para absorber la energía solar, así como buscar estrategias adecuadas para pasar del laboratorio a operaciones reales", señala Ikerne Etxebarria, investigadora de la UPV/EHU y de IK4-Ikerlan.

El equipo de investigación ha analizado cuál es la extensión límite para un buen funcionamiento de las células, que, necesariamente, deben ser de superficie amplia. Se han diseñado, a tal fin, diversas células, de diferentes estructuras y superficies. Una vez analizados los resultados, "hemos comprobado que en las células de hasta 6 cm2, aproximadamente, la potencia es directamente proporcional a la superficie de estas. En superficies mayores, por el contrario, el rendimiento de las células baja considerablemente", subraya Etxebarria, que ha llegado a la siguiente conclusión: para poder fabricar células con una superficie extensa hay que construir, sobre el propio sustrato, módulos a los que se conectarán, en serie o en paralelo, células de menor superficie.

Para fabricar dichos módulos, hay que estructurar las capas existentes entre los electrodos, es decir, hay que conectar entre sí las células. "Hasta ahora, dicha estructuración se hacía mecánicamente o con láser, pero con riesgo de dañar el sustrato. Sin embargo, en esta investigación hemos desarrollado una nueva técnica de estructuración automática", señala. Dicha técnica consiste en transformar las características de la superficie del sustrato.

Objetivo: mejorar la eficiencia

Otro de los objetivos de esta investigación era conseguir fabricar células de gran eficiencia, para lo cual, por una parte, se ha optimizado el proceso de producción de células basadas en diversos polímeros, para así obtener la máxima eficiencia de dichos materiales; por otra, se han utilizado polímeros que absorben la luz en diferentes longitudes de onda para fabricar células con estructura de tándem, a fin de mejorar su eficiencia. "Cada polímero absorbe la luz a una determinada longitud de onda. Lo ideal sería aprovechar todos los rayos procedentes del sol, pero no hay ningún polímero capaz de absorber la luz en todas esas longitudes de onda. Por eso, para aprovechar con eficiencia la luz solar, una de las posibilidades es construir estructuras tipo tándem, es decir, colocar unas encima de otras las células fabricadas con diferentes polímeros", aclara Etxebarria. Las citadas estructuras tipo tándem se pueden conectar en serie o en paralelo. "Hemos observado, tras numerosas mediciones, que se alcanza una mayor eficiencia en las células instaladas en serie que en las colocadas en paralelo", añade la investigadora.

La producción de células fabricadas con polímeros o con nuevos materiales será mucho más barata, ya que dichos polímeros se fabrican en el laboratorio, al contrario que el silicio, que debe extraerse. Etxebarria trabaja en el laboratorio de IK4-Ikerlan, probando diferentes polímeros y buscando los materiales idóneos para fabricar células. "Probamos los materiales (diversos) en dispositivos pequeños", señala. Se prueban, en efecto, muchos materiales, y de muchos tipos, y se seleccionan los más eficientes, es decir, aquellos que más energía solar captan y mejor la aprovechan.

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Información complementaria

Ikerne Etxebarria Zubizarreta es doctora en Ingeniería Qímica. Trabaja en el centro de investigación IK4-Ikerlan. Ha presentado en la UPV/EHU la tesis "Mini-Modules and Tandem Organic Solar Cells: Strategies to improve device efficiency", redactada bajo la dirección de Iñigo López Arbeloa, profesor del Departamento de Química Física de la UPV/EHU y de Roberto Pacios Castro, investigador de IK4-Ikerlan.



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