Estas nueva células solare se pueden pegar sobre tejidos ligeros y resistentes, lo que facilita su instalación en una superficie fija. Pueden proporcionar energía in situ y al momento, o ser transportadas y desplegadas rápidamente en lugares remotos, por ejemplo para la asistencia en situaciones de emergencia. Pesan unas 100 veces menos que las células solares convencionales pero generan 18 veces más energía por kilogramo y se fabrican con tintas semiconductoras mediante procesos de impresión que pueden ampliarse en el futuro a grandes superficies.
En un artículo publicado en en Small Methods, los autores de esta revolucionaria tecnología explican que al ser tan finas y ligeras, estas células solares pueden laminarse sobre superficies muy diversas. Por ejemplo, podrían integrarse en las velas de un barco para suministrar energía en alta mar, adherirse a tiendas de campaña y lonas que se despliegan en operaciones de ayuda en catástrofes, o aplicarse a las alas de drones para ampliar su autonomía de vuelo. También pueden integrarse en entornos construidos con apenas exigencias de instalación.
“Las células solares de silicio tradicionales son frágiles, por lo que deben envolverse en vidrio y embalarse en pesados y gruesos marcos de aluminio, lo que limita dónde y cómo pueden desplegarse”, señala Vladimir Bulović, jefe del Laboratorio de Electrónica Orgánica y Nanoestructurada (ONE Lab) y director de MIT.nano. A diferencia de ellos, “los tejidos solares ligeros facilitan su integrabilidad, lo que da impulso a nuestro trabajo”, añade.
Seis años de investigación
Hace seis años, el equipo de ONE Lab fabricó células solares con una nueva clase de materiales de película fina, tan ligeros que podían colocarse encima de una pompa de jabón. Pero estas células solares ultrafinas se fabricaban mediante complejos procesos al vacío, caros y difíciles de ampliar.
En el trabajo actual, los investigadores se propusieron desarrollar células solares de película fina totalmente imprimibles, utilizando materiales basados en tinta y técnicas de fabricación escalables. Para ello, emplean nanomateriales en forma de tintas electrónicas imprimibles, depositando capas de los materiales electrónicos sobre un sustrato de plástico de sólo 3 micras de grosor. A continuación, mediante serigrafía depositan un electrodo sobre la estructura para completar el módulo solar. Una vez finalizado este proceso, se puede despegar el módulo impreso, de unas 15 micras de grosor, del sustrato de plástico, formando un dispositivo solar ultraligero.
Para evitar que estos módulos solares tan finos se rompan, el equipo del MIT buscó un sustrato ligero, flexible y resistente al que pudieran adherirse las células solares y encontraron un material ideal: un tejido compuesto que pesa sólo 13 gramos por metro cuadrado, conocido comercialmente como Dyneema. Este tejido está hecho de fibras tan resistentes que se utilizaron como cuerdas para sacar del fondo del Mediterráneo el crucero hundido Costa Concordia.
Añadiendo una capa de pegamento de curado ultravioleta, de solo unas micras de grosor, adhieren los módulos solares a láminas de este tejido. Así se forma una estructura solar ultraligera y mecánicamente robusta."Aunque podría parecer más sencillo imprimir las células solares directamente sobre la tela, esto limitaría la selección de posibles telas u otras superficies receptoras compatibles con todos los pasos de procesamiento necesarios para fabricar los dispositivos. Nuestro planteamiento desvincula la fabricación de las células solares de su integración final", explican.
Mas energía que las células convencionales
Cuando probaron el dispositivo, los investigadores del MIT descubrieron que podía generar 730 vatios de potencia por kilogramo cuando estaba solo y unos 370 vatios por kilogramo si se desplegaba sobre el tejido Dyneema de alta resistencia, lo que supone unas 18 veces más potencia por kilogramo que las células solares convencionales.
"Una instalación solar típica en un tejado de Massachusetts es de unos 8.000 vatios. Para generar esa misma cantidad de energía, nuestro tejido fotovoltaico sólo añadiría unos 20 kilogramos (44 libras) al tejado de una casa", afirman. También probaron la durabilidad de sus dispositivos y descubrieron que, incluso después de enrollar y desenrollar un panel solar de tela más de 500 veces, las células seguían conservando más del 90% de su capacidad inicial de generación de energía.
El equipo trabaja ahora en el desarrollo de un material adecuado con el que recubrir estas células para protegerlas de la humedad y el oxígeno del aire. "Encerrar estas células solares en vidrio pesado, como es habitual con las células solares de silicio tradicionales, minimizaría el valor del avance actual”, explican. Su propuesta son soluciones de embalaje ultrafinas. "Estamos trabajando para eliminar la mayor cantidad posible de material no solar activo y, al mismo tiempo, conservar la forma y el rendimiento de estas estructuras solares ultraligeras y flexibles”, concluyen los autores del trabajo, financiado, en parte, por la Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos y el Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.
