Celdas solares híbridas: una alternativa para frenar el cambio climático

Argentina es el tercer país contaminante de gases de efecto invernadero en Latinoamérica, detrás de Brasil y México, según la Agencia de Noticias BBC News.  El sector energético contribuye el 52% del total de las emisiones de gases de efecto invernadero, siendo el más contaminante. Y la matriz energética argentina depende en un 86% de los hidrocarburos, es decir de aquellos compuestos químicos derivados del carbono y del hidrógeno.

El resultado de este proceso condujo a una crisis energética, agravada en la región del NOA por un constante y marcado aumento poblacional (llegando en San Miguel de Tucumán a cerca de 8800 habitantes por km2); así como por la presencia de industrias –ingenios, citrícolas, textiles, papelera y otras–, que contribuyen no sólo a la emisión de gases de efecto invernadero, sino, además -y en especial- a la contaminación de los recursos acuíferos.

Por todo lo antes expuesto es que se busca utilizar de la radiación solar para la producción de energía útil, renovable y limpia, siendo la mayor materia prima de energía renovable, teniendo en cuenta además que en Tucumán hay altos índices de irradiancia solar.

La propuesta: Celdas Solares Híbridas

En el marco de esta necesidad de utilizar energías renovables, el grupo NANOPROJECT, perteneciente al Instituto de física del NOA (INFINOA, CONICET-UNT) investiga la obtención de nuevas Celdas Solares Híbridas (CSH), línea de investigación principal de Nadia Vega, que forma parte de este grupo conjuntamente con los investigadores David Comedi (director), Mónica Tirado (directora) y Oscar Marín.

En primer lugar, es importante definir que las celdas solares son dispositivos optoelectrónicos –aquellos basados en los movimientos de electros a través de un material y su interacción con la luz –, capaces de convertir la energía solar lumínica en energía eléctrica. Asimismo, el proceso de conversión por el cual la energía solar se transforma directamente en electricidad se denomina efecto fotovoltaico, y se da en semiconductores, que son materiales capaces de conducir o aislar la electricidad según estímulos externos.

Existen muchos diseños de celdas fotovoltaicas, y pueden ser divididas en cuatro generaciones, siendo la primera, basada en Silicio cristalino como semiconductor, la más conocida comercialmente, pero que presenta limitaciones principales de alto costo de producción, contaminación ambiental y límites de conversión de energía en altas temperaturas. Debido a esto, existen muchos grupos que en el mundo trabajan en pos de la obtención de nuevos sistemas optoeléctricos que reemplacen estos dispositivos por otros con una mejor relación eficiencia/costo, y que sean más amigables con el medio ambiente, lo cual está dentro de los Objetivos de Desarrollo Sustentable (ODS) que se propone en el planeta para el 2030.

Los y las especialistas del grupo NanoProject en el INFINOA, comentan que las nuevas generaciones de celdas (las CSH) usan combinaciones de materiales semiconductores orgánicos e inorgánicos económicos, con diferentes energías de absorción y dispuestos en arquitecturas que buscan optimizar la absorción de fotones (cuantos de luz), la eficiencia del efecto fotovoltaico y minimizar el costo de producción. A su vez, existen varios tipos de CSH, siendo las más estudiadas las celdas sensibilizadas por colorante (“DSSC, dye sensitized solar cell”) y las celdas solares orgánicas (“OSC, organic solar cell”). En ellas se emplean nanomateriales, que se obtienen de materiales ya conocidos, pero fabricados con un tamaño muy pequeño, en el orden de los nanómetros – el cual equivale a el grosor de un cabello dividido en 100.000 partes – siendo tan pequeños que propiedades ópticas y eléctricas cambian, y que para ser “observados” se necesita emplear sistemas de última tecnología.

“Actualmente estoy trabajando en el desarrollo y caracterización de celdas solares híbridas, DSSC y OSC, como mi línea principal de investigación. Para ello empleo el Óxido de Zinc como semiconductor inorgánico y estudio los efectos de la nanoestructuración de éste y la modificación de su superficie cuando es empleado como parte de las celdas solares híbridas”, explica Nadia Vega, y destaca: “este tipo de celdas tienen varias ventajas al poder usar materiales livianos, flexibles y de muy bajo costo de fabricación debido a la versatilidad en los métodos de fabricación usados y que cómodamente podemos desarrollar en el INFINOA”.

Aspirando a un futuro ecoamigable

“En este desarrollo de CSH queremos aunar nuestros esfuerzos y trabajos, colaborando con diferentes científicos y científicas de diversas áreas de la ciencia - físicos, químicos, ingenieros, bioquímicos - para encontrar nuevos materiales y combinaciones que nos permitan obtener dispositivos que aprovechen la luz solar y sean conversores de energía de una manera renovable, con materiales de fácil acceso y con técnicas experimentales los más ecos y bio amigables posibles”, expresa Vega y agrega: “en este marco venimos colaborando con el grupo de investigación del doctor Néstor Katz del INQUINOA en lo que refiere a celdas tipo DSSC, en un trabajo colaborativo muy fructífero”. Además, remarca que con este proyecto quieren realizar un aporte al objeto de estudio mundial en esta área de energía renovable, y que consideran esto como un "desafío". Es decir, y en línea con las palabras del doctor Graetzel – químico inventor de numerosas patentes; entre ellas, la celda solar que lleva su nombre-: “Si queremos aprovechar la energía solar a gran escala, debemos adoptar algunos principios de la naturaleza”.

Por Cintia Maria Romero