2015-11-19Nuevos materiales para hacer paneles solares
Agencia de Noticias UN |Aunque leer sus nombres pareciera remitir a algún dueto musical ruso, kesterita y perovskita son materiales cuyo potencial como semiconductores podría convertirlos en alternativas eficientes y económicas para el impulso que necesita la energía solar en Colombia.El estudio de estos dos materiales híbridos (orgánico–inorgánico) ha posicionado al Grupo de Materiales Semiconductores y Energía Solar del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Colombia como pionero en el país en la investigación de su funcionamiento y características básicas.
Con la kesterita, mineral de la familia de los sulfuros, compuesto de zinc, estaño, cobre y azufre, se busca desplazar elementos químicos difíciles de encontrar, como el indio y el galio. A su vez, de la perovskita se evalúan las propiedades ópticas, morfológicas y estructurales, pero sobre todo eléctricas, al modelar su comportamiento de fotoconductividad para identificar sus cualidades como nuevo semiconductor.
Además, los prototipos de celdas solares tanto de perovskita como de kesterita desarrollados hasta el momento están constituidos por películas más delgadas que una hoja de papel, lo que hace que se puedan depositar sobre sustratos flexibles como el PET (comúnmente usado en botellas plásticas), y que se puedan usar en superficies curvas, como los tejados de casas o estacionamientos que son áreas que reciben radiación solar, subutilizadas en el país.
Métodos rápidos y económicos
Camilo Otálora, estudiante del Doctorado en Ciencias–Química e integrante del grupo, se ha encargado de estudiar las celdas solares con estructura de perovskita, compuesta por la unión de haluros (aniones que componen las sales como cloruro, yoduro, bromuro) más un metal (plomo o estaño) y un catión orgánico (usualmente metilamonio, un derivado del amoníaco).
El investigador explica que con la modificación de los haluros, el catión metálico y el ion orgánico, se han observado importantes implicaciones en términos eléctricos y de estabilidad química, lo que quiere decir que el compuesto es más resistente y posiblemente más conductor; además, se determinaron las condiciones óptimas para el proceso de deposición, que ocurre cuando la sustancia química ingresa a una cámara conocida como spin coating y se expande en la película.
“Normalmente se utiliza plomo, yoduro y metilamonio, pero la estabilidad aumenta cuando se cambian los dos últimos por otros iones. Así, encontramos que si antes el compuesto duraba cinco días en condiciones atmosféricas, ahora tarda hasta 20, esto significa que el grupo logró que el material tuviera mayor rendimiento.
Por otra parte, las celdas desarrolladas a base de kesterita (sulfuros o seleniuros de cobre, zinc y estaño) se producen comúnmente mediante procesos de alto costo porque implican alto vacío y altas temperaturas. Para contrarrestar esta situación, los investigadores enfocan sus esfuerzos en el estudio de síntesis de kesterita por técnicas de bajo costo, como cbd (crecimiento en baño químico) o spray pirólisis (técnica similar a la aerografía) en la que se recubre el compuesto químico.
“Los resultados obtenidos hasta el momento en esta área son de gran importancia, pues los métodos propuestos son rápidos, económicos y además han permitido producir kesterita con muy buenas propiedades eléctricas”, menciona Mikel Hurtado, estudiante del Doctorado en Ciencias-Químicas de la UN.
El potencial de la energía solar
En la actualidad, más del 70 % de la producción eléctrica en Colombia proviene de la hidroelectricidad, sin embargo, la posición geográfica del país ofrece otras potencialidades que se podrían aprovechar para obtener energías alternativas, la solar es una de ellas.
Sin embargo, uno de los problemas de la energía solar es que puede resultar más costosa que otras fuentes alternativas, en especial si se tiene en cuenta lo que implica instalar un sistema completo. En Colombia, por ejemplo, una instalación para una casa que consume alrededor de 120 kWh al mes puede costar alrededor de siete millones de pesos (paneles, inversores, cableado), sin incluir los costos de la instalación y el mantenimiento.
Un factor que influye en el alto precio es que uno de los principales componentes de los paneles solares es el silicio (segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno), que también se utiliza en la fabricación de otros dispositivos tecnológicos, esto hace que su disponibilidad para la generación fotovoltaica de energía eléctrica sea mínima.
Precisamente, entre los años 2000 y 2007 la escasez de silicio de grado solar (el que se emplea en los paneles) elevó sus precios más de diez veces y llegó a alcanzar un pico de 475 dólares el kilogramo (más de 1.300.000 pesos).
Esta situación ha hecho que la ciencia se dé a la tarea de buscar otros materiales asequibles y económicos para la generación fotovoltaica de energía eléctrica, dos de ellos son la kesterita y la perovskita, que aunque se utilizaban en aplicaciones electrónicas, no se conocían sus capacidades como semiconductores en las celdas solares, es decir, los que se encargan de absorber la luz del Sol.
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