Celdas flexibles, tecnología versátil

En la UASLP se ha gestado una tecnología para aplicación fotovoltaica basada en nanomateriales. Por sus características, aprovecha con eficiencia el gran potencial de la energía solar, además de que puede adaptarse al sitio de instalación, sin importar su forma o posición. La orientación geográfica de una casa habitación ya no resultaría un problema.

Francisco Javier González desarrolló una tecnología de alta eficiencia de conversión fotovoltaica

Por Antonia Tapia

En fechas recientes, investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de San Luis Potosí (UASLP) desarrollaron celdas solares basadas en nanoantenas, una tecnología más ligera que cuenta con una alta eficiencia de conversión fotovoltaica; por lo que el doctor Francisco Javier González Contreras, investigador de la Coordinación para la Innovación y la Aplicación de la Ciencia y la Tecnología (CIACyT) de dicha institución, comenta del proyecto a Constructor Eléctrico.

“Una de las ventajas de utilizar nanoantenas para celdas solares es que éstas se pueden fabricar sobre sustratos flexibles, lo que les confiere una gran versatilidad. Se pueden colocar en superficies que no sean planas, tejerlas en la ropa o hacer una alfombra a partir de ellas, que después se puede extender para alimentar un teléfono celular o una radio”, subrayó el experto.

El principio para generar electricidad, según el doctor González Contreras, es a través de celdas solares flexibles, pues la luz solar induce una corriente eléctrica en las nanoantenas, que están especialmente diseñadas para resonar a las frecuencias de la luz solar; posteriormente, esta corriente inducida en las antenas se puede aprovechar en forma de energía eléctrica, ya sea por rectificación directa de la corriente inducida o por medio del efecto termoeléctrico, donde el calentamiento de la antena por efecto Joule nos proporciona un voltaje debido al efecto Seebeck.

“Las nanoantenas se fabrican con metales; para las nanoantenas rectificadoras se utilizan oro y titanio; y para las nanoantenas termoeléctricas, níquel. El método tradicional de fabricación de este tipo de tecnología se realiza por medio de nanolitografía, es decir, litografía por medio de haz de electrones, permitiendo fabricar estructuras con dimensiones menores a los 10 nanómetros”.

La litografía permite fabricar estructuras de menos de 10 nanómetros

González Contreras, quien fue galardonado en 2012 con el premio Nacional de Investigación por la Academia Mexicana de Ciencias, explicó que en México no existe nadie trabajando en dicha tecnología, y agregó que, en el mundo, junto a investigadores españoles y estadounidenses, son uno de los pocos grupos con experiencia en esta área.

El proyecto, indicó, comenzó en 2004, como continuación de su tesis doctoral, en la que utilizó las nanoantenas para la detección de radiación infrarroja. Luego, a partir de 2010, a la investigación se sumó un equipo de investigadores integrado por cinco doctores del CIACYT, dos estudiantes doctorales y dos estudiantes de maestría, con quienes decidió utilizar las nanoantenas para el aprovechamiento de la energía solar.

Hoy en día, la investigación se encuentra financiada por la Secretaría de Energía, a través del Centro Mexicano de Investigación en Energía Solar (Cemie-Solar), un consorcio nacional para apoyar proyectos innovadores en el área del aprovechamiento de la energía solar.

“El CEMIE-Solar nos dio cerca de 12 millones de pesos con el propósito de instalar un laboratorio de nanolitografía para fabricar las nanoantenas y probar su eficiencia y viabilidad comercial; además, tenemos una estrecha colaboración con el grupo de óptica aplicada de la Universidad Complutense de Madrid, con la cual colaboramos en este proyecto”, indicó el experto.

En cuanto a costos, González Contreras indicó que el método de fabricación convencional basado en litografía de haz de electrones sí es costoso; sin embargo, agregó que la idea de contar con un equipo de investigación también consiste en evaluar métodos de fabricación más accesibles, a fin de hacer esta tecnología comercialmente viable. En ese sentido, dijo que uno de los posibles métodos es la de la nanoimpresión.

Hasta el momento, las celdas desarrolladas por el equipo de la UASLP se han concentrado en aplicaciones de baja potencia y sirven para recargar un celular o alimentar luces a base de LEDs.

Cabe destacar que a diferencia de las celdas solares convencionales, que aprovechan únicamente el espectro visible y cercano infrarrojo del sol, las nanoantenas poseen una gran ventaja: pueden ser diseñadas para capturar cualquier frecuencia de luz solar, por lo que es posible sintonizarlas con la meta de explotar las partes del espectro solar que es desaprovechado por la tecnología actual de celdas solares.

Las celdas encuentran su aplicación en la carga de celulares o alimentación de luces a base de LED

González Contreras señala que “la eficiencia radica en la capacidad que tienen las nanoantenas para sintonizar la frecuencia de radiación electromagnética que deseamos detectar, beneficiándose de todo el espectro electromagnético de la radiación solar”.

Las nanoantenas se pueden utilizar en distintas aplicaciones, siendo más eficientes en conjunto con celdas solares convencionales; de esa manera permiten aumentar el rango de frecuencias que se pueden aprovechar del sol.

“Sus principales ventajas son la posibilidad de sintonizarlas a cualquier frecuencia del espectro solar y que se puedan fabricar sobre sustratos flexibles, lo que les da una mayor versatilidad en sus aplicaciones”, indicó el investigador.

De igual modo, agregó que el principal alcance de esta tecnología es poder utilizarla como una solución rápida para obtener energía eléctrica de baja potencia a partir del sol, aprovechando las características de flexibilidad y la posibilidad de colocarlas prácticamente en cualquier superficie.

En la actualidad, los investigadores de la UASLP se encuentran construyendo los primeros prototipos; igualmente, se encuentran en trámites para obtener la patente de dicha tecnología, con la cual podrían presentarla en foros tanto a nivel nacional como internacional.

“Validamos la tecnología en pequeña escala y ahora lo que queremos es hacer un panel flexible basado en nanoantenas, que pueda ser utilizado para alimentar algún aparato de baja potencia”, indica.

Finalmente, el doctor González Contreras señaló que, uno de los grandes desafíos para este tipo de investigación radica en lograr escalar la tecnología con el objetivo de utilizarla en aplicaciones de alta potencia, ya sea en conjunto con celdas solares o aumentando su eficiencia.
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