Buscamos la felicidad, pero sin saber dónde, como los borrachos buscan su casa, sabiendo que tienen una. Voltaire (1694-1778). Filósofo y escritor.
25/06/2009 - 17:35h

Las células solares con semiconductores orgánicos: la apertura de nuevos mercados fotovoltaicos

Célula solar fotovoltaica orgánicaLa energía solar fotovoltaica basada en los semiconductores orgánicos tiene una serie de inconvenientes respecto a la fotovoltaica basada en el silicio, pero también tiene una serie de ventajas que probablemente abrirá en poco tiempo mercado en sectores hasta ahora alejados de la energía solar: ventanas, ropa y pequeños electrodomésticos, entre otros.

 
Hay grandes expectativas puestas en la energía solar fotovoltaica orgánica: conseguir generar electricidad a un precio más competitivo; pero la tecnología es nueva, y aún tiene muchos obstáculos que superar.

Las empresas e investigadores que tienen que ver con la energía solar fotovoltaica de base orgánica no se ahorran promesas cuando hablan de esta tecnología; pero la orgánica aún no ha pasado de su estadio experimental.

Hay varias ventajas a las que se apunta cuando se habla de orgánica: durabilidd, eficiencia y precio. Los materiales que utiliza son baratos y no están sometidos a posible escasez.

No existe una única tecnología bajo el nombre de fotovoltaica orgánica.  Si lo tomamos de forma literal, la expresión describe  a las células que utilizan como semiconductores a polímeros orgánicos. Pero bajo este nombre responde también otra tecnología: las células CSSC o DSC.

También se las denomina -células Grätzel-, por el apellido de su inventor, Michael Grätzel. Imitan la fotosíntesis que tienen lugar en las plantas. En este caso, se suele utilizar el óxido de titanio (TiO2).

El primer tipo de células se bsan en heterouniones (HJC) utilizan polímeros orgánicos mixtos como semiconductor. Los puntos de intercambio de electrones entre un polímero conjugado y una molécula receptora, pongamos que la molécula de fullereno (C60), son responsables del transporte. La luz incidente excita la electricidad en el polímero. Entonces puede ser que éste ceda un electrón a una segunda molécula, normalmente el fullereno ya mencionado. Este es el proceso base para la generación de electricidad.

El desarrollo de polímeros orgánicos semiconductores fue premiado con el premio Nobel de Química en 2000 y desde entonces se ha desarrollado un boom en la investigación sobre este tema. En la práctica, estos polímeros eran ya conocidos por todo el mundo desde hace mucho tiempo. Los diodos orgánicos emisores de electricidad (OLED) se están utilizando en pantallas de ordenadores, televisores y teléfonos móviles.

¿ Cómo lo están haciendo los fabricantes de fotovoltaica orgánica ? Hay un número importante de factores a tener en cuenta antes de salir al mercado. Uno de los objetivos es resultar más económico que la fotovoltaica basada en el silicio. Pero no está claro cuál es la diferencia real.  La empresa alemana Heliatek, por ejemplo, asegura en su página web que la fotovoltaica se está vendiendo a 3,50 euros el W. y que su objetivo es romper la barrera del euro para la orgánica. A primera vista, éste puede parecer un objetivo ambicioso, pero los precios de la fotovoltaica ahora mismo están en caída libre. El precio del módulo de fabricantes europeos bien establecidos ronda los 2,60 euros el Vatio ahora mismo. Los módulos fotovoltaicos chinos bajan hasta los dos euros el Vatio. Y la fotovoltaica inorgánica ya no gira únicamente alrededor del silicio. La empresa norteamericana First Solar está anunciando que vende módulos extrafinos de CdTe a menos de 1 euro el Vatio. Esto ya es más barato que el objetivo de Heliatek para la orgánica.

Se debe tener en cuenta, sin embargo, que hay que medir el precio también en relación al importante tema de la duración de la placa. Cuanto más se prevea que va a durar una placa, también es lógico pensar que resultará más cara. Konarka asume una vida de hasta 5 años para sus productos de unión hetero. Es decir, mucho menos de lo que puede esperarse de un módulo fotovoltaico. También es cierto que la producción basad en polímeros está evolucionando mucho durante los últimos años. BASF ya se ha impuesto objetivos fijos: -debe alcanzarsuna eficiencia de al menos el 10%  con unos costes de producción por debajo de los 100 euros el metro cuadrado y una vida mínima de 10 años, asegura Torsten Thomse, Director de Proyectos de BASF. Pero admite que la tecnología es muy nueva, y que aún será necesario tener algo de paciencia. Y a pesar de la paciencia, probablemente tampoco se llegará a alcanzar la vida media de las placas inorgánicas. No hace falta hacer muchos números para darse cuenta de que frente a la vida media mínima de 20 años de las placas fotovoltaicas, será necesario algo más que ser un poquillo más económico que las células solares basadas en el silicio para competir con una vida media que dura al menos cuatro veces más.

Darin Laird, Director de Tecnología de la compañía norteamericana Plextronic anota que -las pruebas sobre la duración de las placas sólo está comenzando a desarrollarse ahora, y son necesarios protocolos muy bien definidos para la industria entera. Éste es el motivo por el que están colaborando con el Laboratorio Nacional de Energías Renovables. Ahora que el mercado comienza a estar un poco más maduro, el tema de la duración de las placas comienza a adquirir una gran importancia.

Las cosas también se hn movido en lo que se refiere al campo de las células CSSC. Hans Desilvestro, Jefe científico de Dyesol, afirma: -Los test de envejecimiento acelerado aseguran que se puede esperar una vida de 40 años en áreas donde se experimentan 1.000 kW/h por metro cuadrado de irradiación solar, por ejemplo Europa Central. En áreas donde la radiación solar es más elevada, por ejemplo en el sur de Europa, la vida media rondaría los 25 años.

De todas formas, aún quedamucho por hacer en cuanto a la eficiencia de las células fotovoltaicas orgánicas, que rondan entre el 5 y el 6%. En laboratorio, en ocasiones se han conseguido eficiencias más elevadas. Como las CSSC son transparentes, se puede colocar una encima de otra, pero aún así, la eficiencia alcanzada apenas supera el 12,2%, quedando aún muy lejos del silicio. Para ser competitivos, no es necesario alcanzar la productividad de las células de silicio, asegura, Sylvia Tulloch, de Dyesol. Al contrario que el silicio, los células orgánicas, pueden comenzar a producir electricidad antes durante el día, y también aprovechan mejor la luz solar hasta el anochecer. Quizás sea una leyenda urbana creada por los fabricantes, pero se asegura que pueden producir electricidad incluso bajo la luz de la luna llena.

A pesar de lo mucho que queda por hacer, sí que hay un número de ventajas de las células solares orgánicas frente a las clásicas de silicio. Las dos tecnologías que se acogen a este nombre producen células extremadamente finas, ligeras y flexibles. Por lo tanto, pueden utilizarse en lugares donde no pueden instalarse los módulos rígidos de silicio. Las primeras konarka por ejemplo, se integrarán en bolsos de mano. Las células orgánicas tienen una ventaja añadida que no de debe ser desestimada cuando hablamos de aplicarlas  la industria de la ropa: se pueden colorear; si las ponemos en un bolso verde, las podemos aplicar el mismo tono verde de la tela. Si lo quieres rojo, pues rojo. El mismo argumento puede utilizarse cuando hablamos de integrarlas en edificios. Incluso podrían utilizarse como cristales de ventana, pues también se pueden dejar transparentes.

Incluso aunque su eficiencia sea tan baja, puede verse compensada por el bajo precio de las instalaciones. Una aplicación que se le estima a largo plazo es que sea imprimidas en material para fachadas, incluso en aquellas donde da la sombra, aunque la amortización en ese caso también sería más larga.

Otra ventaja añadida frente a la fotovoltaica es que estas células no necesitan la incidencia directa del sol, como en el caso de la fotovoltaica -motivo por el cual se usan los seguidores solares, que encarecen la instalación. Las orgánicas son bastante insensibles al ángulo de llegada de la luz.

A pesar de que las células fotovoltaicas orgánicas aún tienen muchos obstáculos que solucionar, las perspectivas son muy buenas. Son más económicas que la fotovoltaica basada en el silicio. Aún duran poco, pero se está investigando en ese tema. Pero su mayor potencial se basa en su versatilidad, en su capacidad de disponer de aplicaciones innovadoras, como por ejemplo la ropa, las ventanas o pequeños electrodomésticos, abriendo un mercado que la fotovoltaica ahora no puede alcanzar.

Fuente: Sun & Wind Energy, junio 2009

 
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