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Un futuro de hierro para los paneles solares, nuevos avances en células solares de Grätzel

Investigadores de la Universidad de Basilea han mejorado el rendimiento de los «sensibilizadores de hierro» usando un poco de vinagre y grasa.

Reducir los costes de la energía fotovoltaica ha sido siempre el objetivo de quienes han investigado y optimizado las llamadas células Grätzel o células solares de sensibilización orgánica (DSSC).

Esta tecnología aún está inmadura, pero no faltan los primeros intentos de industrialización y comercialización. El último avance en este campo procede de la Universidad de Basilea (Suiza), donde un equipo de científicos ha desarrollado un nuevo «fotovoltaico de hierro». Pero para entender la novedad, es necesario dar unos pasos atrás.

Células Gratzel: ¿cómo funcionan?

Las células Gratzel se basan en el uso de semiconductores inorgánicos -generalmente TiO2- y colorantes (o sensibilizadores) que conforman el material fotoactivo.

Estas últimas pueden estar compuestas por moléculas orgánicas o sintéticas metalo-orgánicas. La elección suele basarse en su capacidad de proporcionar una amplia absorción del espectro solar y de mantener un estado de excitación prolongado para la transferencia de carga al semiconductor. Los complejos a base de rutenio son actualmente la mejor opción, ya que cumplen estos requisitos y ofrecen eficiencias de fotoconversión de alrededor del 12%. Sin embargo, el rutenio es un metal escaso y caro, lo que socava el objetivo principal para el que se crearon las células solares DSCC.

Aquí es donde entra la fotovoltaica de hierro. Durante mucho tiempo, los expertos creyeron que los compuestos de hierro eran inadecuados para estas aplicaciones porque su estado de excitación, como resultado de la absorción de la luz, era demasiado corto para ser utilizado con fines energéticos. Esto cambió hace unos siete años con el descubrimiento de una nueva clase de compuestos de hierro conocidos como N-carbenos heterocíclicos (NHC).

El hierro fotovoltaico.

El equipo de investigación suizo, dirigido por la Dra. Mariia Becker, utilizó los NHC para crear un nuevo sensibilizador.

Sabíamos que teníamos que desarrollar materiales que se adhirieran a la superficie del semiconductor y cuyo carácter permitiera al mismo tiempo optimizar la disposición de los componentes funcionales para la absorción de la luz.

Dra. Mariia Becker.

Para lograrlo, los químicos utilizaron un enfoque doble: primero, incorporaron grupos de ácido carboxílico (como los que se encuentran en el vinagre) al compuesto de hierro para fijarlo a la superficie del semiconductor. Después, hicieron los compuestos «grasos» añadiendo largas cadenas de carbono para conseguir una capa superficial más suave y fácil de anclar.

Estos prototipos de células solares alcanzaron una eficiencia global de tan sólo el 1%, frente al 20% que ofrecen los dispositivos fotovoltaicos del mercado actual. «Sin embargo -afirma Becker con convicción-, los resultados representan un hito que animará a seguir investigando en estos nuevos materiales».

Más información: rsc.org (texto en inglés).

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