Cómo estamos diseñando una lona solar para generar energía del sol

Cómo estamos diseñando una lona solar para generar energía del sol

Una pequeña pieza de un prototipo de lona solar. Universidad de California, San Diego, CC BY-ND

El potencial de generación de energía de los paneles solares y una limitación clave en su uso es el resultado de lo que están hechos. Los paneles de silicio están disminuyendo en precio, por lo que en algunos lugares pueden proporcionar electricidad que cuesta casi lo mismo que la energía de los combustibles fósiles como el carbón y el gas natural. Pero los paneles solares de silicio también son voluminosos, rígidos y quebradizos, por lo que no se pueden usar en cualquier lugar.

En muchas partes del mundo que no tienen electricidad regular, los paneles solares podrían proporcionar leyendo la luz después del anochecer y energía para bombear agua potable, ayuda poder pequeño hogar o negocios basados ​​en la aldea o incluso servir refugios de emergencia y campamentos de refugiados. Pero la fragilidad mecánica, la pesadez y las dificultades de transporte de los paneles solares de silicio sugieren que el silicio puede no ser ideal.

sobre la base de el trabajo de otros, mi grupo de investigación está trabajando para desarrollar paneles solares flexibles, que sería tan eficiente como un panel de silicio, pero sería delgado, liviano y flexible. Este tipo de dispositivo, que llamamos "lona solar, "Podría extenderse al tamaño de una habitación y generar electricidad del sol, y podría ser una bola hasta tener el tamaño de un pomelo y ser metida en una mochila hasta 1,000 veces sin romperse. Si bien se han hecho algunos esfuerzos para hacer que las células solares orgánicas sean más flexibles simplemente por haciéndolos ultradelgados, la durabilidad real requiere una estructura molecular que hace que los paneles solares sean elásticos y resistentes.

Semiconductores de silicio

El silicio se deriva de la arena, lo que lo hace barato. Y la forma en que sus átomos se empaquetan en un material sólido lo convierte en un buen semiconductor, lo que significa que su conductividad puede encenderse y apagarse usando campos eléctricos o luz. Porque es barato y útil, el silicio es la base de los microchips y placas de circuitos en las computadoras, teléfonos móviles y básicamente todos los demás dispositivos electrónicos, que transmiten señales eléctricas de un componente a otro. El silicio también es la clave de la mayoría de los paneles solares, ya que puede convertir la energía de la luz en cargas positivas y negativas. Estas cargas fluyen a los lados opuestos de una célula solar y se pueden usar como una batería.

Pero sus propiedades químicas también significan que no se puede convertir en una electrónica flexible. El silicio no absorbe la luz de manera muy eficiente. Los fotones pueden pasar a través de un panel de silicio que es demasiado delgado, por lo que deben ser bastante gruesos, alrededor de micrómetros 100, sobre el grosor de un billete de un dólar - para que nada de la luz se desperdicie.


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Semiconductores de nueva generación

Pero los investigadores han encontrado otros semiconductores que son mucho mejores para absorber la luz. Un grupo de materiales, llamado "perovskitas, "Se puede usar para hacer células solares que son casi tan eficiente como los de silicio, pero con capas que absorben la luz que son una milésima del espesor necesario con silicio. Como resultado, los investigadores están trabajando en la construcción células solares de perovskita que pueden alimentar pequeñas aeronaves no tripuladas y otros dispositivos donde la reducción de peso es un factor clave.

El 2000 Premio Nobel de Química fue otorgado a los investigadores que primero descubrieron que podían fabricar otro tipo de semiconductor ultradelgado, llamado polímero semiconductor. Este tipo de material se denomina "semiconductor orgánico" porque se basa en el carbono y se lo denomina "polímero" porque consiste en largas cadenas de moléculas orgánicas. Los semiconductores orgánicos ya se usan comercialmente, incluso en industria de billones de dólares of pantallas orgánicas de diodos emisores de luz, mejor conocido como televisores OLED.

Los semiconductores de polímeros no son tan eficientes en la conversión de la luz solar a la electricidad como la perovskita o el silicio, pero son mucho más flexible y potencialmente extraordinariamente duradero. Los polímeros regulares, no los semiconductores, se encuentran en todas partes en la vida cotidiana; son las moléculas que componen la tela, el plástico y la pintura. Los semiconductores de polímeros tienen el potencial de combinar las propiedades electrónicas de materiales como el silicio con las propiedades físicas del plástico.

Lo mejor de ambos mundos: Eficiencia y durabilidad

Dependiendo de su estructura, los plásticos tienen una amplia gama de propiedades, incluida la flexibilidad, como con una lona; y rigidez, como los paneles del cuerpo de algunos automóviles. Los polímeros semiconductores tienen estructuras moleculares rígidas, y muchos están compuestos de pequeños cristales. Estos son clave para sus propiedades electrónicas, pero tienden a hacerlos quebradizos, lo cual no es un atributo deseable para los artículos flexibles o rígidos.

El trabajo de mi grupo se ha centrado en identificar formas de crear materiales con buenas propiedades semiconductoras y la durabilidad los plásticos son conocidos, ya sean flexibles o no. Esto será clave para mi idea de una lona solar o manta, pero también podría conducir a materiales para techos, baldosas para exteriores o incluso a superficies de carreteras o estacionamientos.

La conversaciónEste trabajo será clave para aprovechar el poder de la luz solar, porque, después de todo, la luz solar que incide sobre la Tierra en una sola hora contiene más energía que toda la humanidad usa en un año.

Sobre el Autor

Darren Lipomi, profesor de Nanoingeniería, Universidad de California en San Diego

Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.

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