es.wedoany.com Noticia: Imagínese esta escena: un automóvil estacionado bajo el sol, donde las ventanillas y el techo solar cargan la batería; o unas gafas inteligentes cuyas lentes capturan la luz y alimentan directamente los componentes electrónicos en la montura.
Con el desarrollo de una nueva célula solar ultrafina y transparente por parte de científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapore), estas visiones de ciencia ficción están un paso más cerca de la realidad.
El equipo de investigación, liderado por la profesora asociada Annalisa Bruno, ha desarrollado una célula solar de perovskita ultrafina y transparente. Su grosor es solo una diezmilésima parte del cabello humano, cincuenta veces más delgada que las células solares de perovskita tradicionales.
Lo que resulta aún más notable es que, a pesar de esta drástica reducción de grosor, la eficiencia de conversión fotovoltaica de esta célula ha alcanzado un nuevo récord entre las células solares ultrafinas de perovskita similares hasta la fecha.
Los resultados han sido publicados en la revista ACS Energy Letters de la Sociedad Química Estadounidense. Los investigadores creen que, en el futuro, esta tecnología podría aplicarse ampliamente en edificios, automóviles y dispositivos portátiles, casi sin alterar su apariencia original.
Esta célula tiene un tono semitransparente y neutro, lo que permite integrarla en ventanas o fachadas de edificios, dotando a toda la estructura de capacidad de generación eléctrica sin apenas cambiar su aspecto exterior.
"Aproximadamente el 40% del consumo energético mundial proviene del sector de la edificación, por lo que la demanda de tecnologías que conviertan las fachadas de los edificios en generadores de electricidad es cada vez más urgente", afirmó la profesora asociada Bruno, de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas y de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU.
La profesora Bruno, directora del clúster de Energías Renovables y Soluciones Bajas en Carbono y Almacenamiento de Energía del Instituto de Energía de la NTU, añadió: "Nuestra célula de perovskita tiene ventajas claras: su proceso de fabricación es sencillo y se puede producir a bajas temperaturas. Además, se puede ajustar para absorber longitudes de onda específicas de luz mientras mantiene su transparencia. También tiene potencial para la producción a gran escala, lo que reduce las emisiones de carbono totales".
A diferencia de los paneles solares tradicionales de silicio, esta célula de perovskita puede generar electricidad de forma continua incluso bajo luz solar indirecta y difusa. Esto es especialmente adecuado para entornos urbanos densos como Singapur, donde predominan los edificios altos con fachadas verticales de vidrio y la frecuente cobertura nubosa dificulta que los paneles solares tradicionales aprovechen plenamente la luz solar.
El equipo de investigación señaló que, si la tecnología se implementa a gran escala en el futuro, las grandes fachadas de vidrio ya no serán solo la envolvente de los edificios, sino que podrían convertirse en centrales eléctricas urbanas.
Según cálculos preliminares, si esta tecnología se aplicara en edificios de oficinas con fachadas de vidrio en zonas como Raffles Place o Marina Bay, la generación anual teórica de electricidad podría alcanzar cientos de miles de kilovatios-hora.
La cantidad exacta de electricidad generada dependerá del área de vidrio y la orientación del edificio, pero su capacidad anual de generación sería suficiente para cubrir las necesidades eléctricas anuales de aproximadamente 100 viviendas estándar de cuatro habitaciones de la Junta de Vivienda y Desarrollo de Singapur (HDB).
Fabricación de una célula solar casi invisible
Las células solares de perovskita están compuestas por múltiples capas, siendo la capa semiconductora que absorbe la luz solar y la convierte en electricidad el componente central.
Para fabricar esta célula ultrafina, el equipo de la NTU empleó un método de preparación compatible con la industria: el proceso de evaporación térmica. En términos simples, primero se calienta la materia prima en una cámara de vacío hasta que se evapora, y luego se condensa y deposita sobre la superficie del sustrato, formando una película extremadamente delgada.
La ventaja de este método es que permite depositar una capa de perovskita uniforme y ultrafina sobre grandes áreas de material. Además, el proceso no requiere el uso de disolventes tóxicos y reduce los defectos internos de la célula, mejorando la eficiencia de conversión fotovoltaica.
Al ajustar con precisión los parámetros del proceso, los investigadores lograron controlar el grosor de la capa de perovskita y fabricaron dispositivos de célula opacos o semitransparentes.
El equipo afirmó que esta es la primera vez a nivel mundial que se fabrica una célula solar ultrafina de perovskita completamente mediante un proceso de vacío. Esto significa que la tecnología ha dado un gran paso hacia la producción industrial a gran escala en el futuro.
Gracias a esta técnica, los investigadores lograron reducir la capa absorbente de perovskita a solo 10 nanómetros de grosor, manteniendo al mismo tiempo un rendimiento de generación eléctrica considerable.
Cuando el grosor de la capa de perovskita era de 10, 30 y 60 nanómetros, la eficiencia de conversión fotovoltaica de las células opacas alcanzó aproximadamente el 7%, 11% y 12%, respectivamente.
Una célula semitransparente con un grosor de 60 nanómetros, que permitía el paso de aproximadamente el 41% de la luz visible, logró una eficiencia de generación del 7,6%.
El equipo de investigación afirmó que este rendimiento ya se sitúa entre los niveles líderes de las células solares semitransparentes de perovskita similares.
Esto significa que, en el futuro, las ventanas de los edificios podrían mantener la iluminación y la sensación de transparencia mientras generan electricidad simultáneamente. Esto tiene una gran importancia para ventanas solares, fachadas de vidrio o fachadas de edificios con vidrios tintados.
El Dr. Luke White, primer autor del artículo y ex estudiante de doctorado del Instituto de Energía de la NTU, declaró: "Al controlar con precisión el proceso de evaporación térmica, los investigadores ya pueden ajustar libremente la transparencia de la célula solar. Esto abre nuevas posibilidades para la construcción ecológica, como la instalación de ventanas tintadas que proporcionen sombra y generen electricidad al mismo tiempo".
El profesor Sam Stranks, experto en materiales energéticos y optoelectrónica del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de la Universidad de Cambridge, comentó como tercer experto: "Este método ofrece un control muy preciso sobre el grosor y la uniformidad de la película, lo cual es precisamente un requisito clave para que las células solares semitransparentes avancen hacia la comercialización a gran escala en el futuro".
"Las células solares semitransparentes de perovskita representan una ruta tecnológica emocionante, que nos permite recolectar energía en lugares donde los paneles de silicio tradicionales tienen dificultades, como ventanas, fachadas e incluso dispositivos electrónicos ligeros".
"Los resultados actuales logran un buen equilibrio entre transparencia y generación de electricidad. Sin embargo, lo que realmente determinará si la tecnología puede implementarse será su rendimiento en términos de estabilidad a largo plazo, durabilidad y aplicación en grandes áreas".
Suministro energético continuo para las ciudades
La profesora Bruno ha trabajado durante mucho tiempo en el campo de las células solares de perovskita, y sus investigaciones anteriores sobre células de perovskita por evaporación térmica ya han comenzado a avanzar hacia la industrialización. Esto no solo ha impulsado el desarrollo de toda la industria, sino que también ha allanado el camino para la implementación industrial futura.
Estos logros innovadores también han recibido un fuerte apoyo del Programa de Innovación y Emprendimiento de la NTU, cuyo objetivo es ayudar a los equipos de investigación a acelerar la transición de tecnologías de vanguardia del laboratorio a la industrialización.
Actualmente, el equipo ha solicitado una patente para esta nueva estructura de película ultrafina de perovskita a través de NTUitive, la empresa de transferencia de tecnología de la universidad.
Ahora, los investigadores están en conversaciones con empresas para verificar y estandarizar el proceso de evaporación térmica utilizado en este estudio. Antes de lanzarlo al mercado, continuarán mejorando la estabilidad a largo plazo, la durabilidad y el rendimiento de la célula en la producción a gran escala.
A medida que las ciudades se vuelven más densas y la demanda de electricidad aumenta, los edificios están siendo redefinidos: ya no son solo consumidores de energía, sino también potenciales productores de energía limpia.
Hoy en día, los paneles solares en los techos ya son bastante comunes, pero las superficies verticales de los edificios, como ventanas y fachadas enteras de vidrio, siguen siendo un vasto océano azul sin explotar.
Este avance representa un paso clave para integrar las células solares transparentes en edificios, automóviles y dispositivos portátiles. Esto significa que las ciudades del futuro podrían generar más electricidad limpia por sí mismas sin necesidad de ocupar terreno adicional.
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