Fibra óptica podría proporcionar nuevas opciones para la energía fotovoltaica

Instituto Tecnológico de Georgia han construido un nuevo tipo de sistema fotovoltaico tridimensional. Este sistema fotovoltaico tridimensional no será pesado y no ocupará un lugar destacado en las azoteas; puede ocultarse de la vista.

>Este proyecto está financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) , la KAUST Global Research Partnership y la National Science Foundation (NSF) . Zhong Lin Wang, que es profesor de Regents en la Georgia Tech School of Materials Science and Engineering , comparte sus puntos de vista: «Con esta tecnología, podemos fabricar generadores fotovoltaicos plegables, ocultos y móviles. La fibra óptica podría conducir la luz solar a las paredes de un edificio donde las nanoestructuras la convertirían en electricidad. Esta es realmente una célula solar tridimensional».

Las células solares sensibles a los tintes tienen ciertas ventajas sobre los paneles solares tradicionales. Utilizan un sistema fotoquímico para producir energía. El fabricante puede producir células solares sensibles a los tintes de forma económica. Son flexibles y también mecánicamente robustos. Pero también tienen sus desventajas. Su eficiencia de conversión es inferior a la de las células de silicio. Pero este obstáculo puede superarse. Los conjuntos de nanoestructuras pueden ampliarse para aumentar la superficie. Esta superficie expandida puede atrapar más luz solar para convertirla en energía. Esta característica podría ayudar a reducir la desventaja de la eficiencia. Actualmente la mayor ventaja de las células solares sensibilizadas por colorantes es que pueden ser gelificadas en cualquier cosa, ya sean edificios, vehículos o equipos militares.

Las células solares sensibilizadas al tinte se inspiran en la fibra óptica del tipo utilizado por la industria de las telecomunicaciones para el transporte de datos. Los investigadores mejoraron el modelo anterior eliminando la capa de revestimiento. En el siguiente paso, se optó por un recubrimiento conductor a la superficie de la fibra antes de sembrar la superficie con óxido de zinc. Ahora los científicos utilizan técnicas basadas en soluciones para cultivar nanocables de óxido de zinc alineados alrededor de la fibra. Se formó como las cerdas de un cepillo de botellas. Estos nanocables se cubren finalmente con los materiales sensibilizados con colorantes que hacen el trabajo final, es decir, convertir la luz en electricidad.

¿Cómo funciona todo este sistema? Wang nos da una buena explicación: «En cada reflexión dentro de la fibra, la luz tiene la oportunidad de interactuar con las nanoestructuras que están recubiertas con las moléculas de tinte, tienes múltiples reflejos de luz dentro de la fibra, y múltiples reflejos dentro de las nanoestructuras. Estas interacciones aumentan la probabilidad de que la luz interactúe con las moléculas del tinte, y eso aumenta la eficiencia». La primera luz solar pasa a través de la fibra óptica y a los nanocables. Una vez que la luz solar queda atrapada dentro de los nanocables, actúa junto con las moléculas de tinte para generar electricidad. Un electrolito líquido está presente entre los nanocables. Este electrolito recoge las cargas eléctricas. El resultado final es un sistema híbrido de nanocables y fibra óptica que es seis veces más eficiente que las células planas de óxido de zinc con una superficie equivalente.

Actualmente, Wang y su equipo de investigación han alcanzado una eficiencia del 3,3%. Pero ellos están apuntando al 7-8% por ciento después de las modificaciones de la superficie. Este nivel de eficiencia es claramente inferior al de las células solares de silicio. Pero resultará ser una buena fuente de cosecha de energía práctica. Sus costes más baratos harán que su penetración en el mercado sea más profunda.

Los investigadores están tratando de superar la falta de tasas de conversión utilizando otras opciones como proporcionar un área más grande para recoger la luz. Este método llevaría a maximizar la cantidad de energía producida por la luz solar fuerte. También generará niveles de energía decentes incluso en condiciones de poca luz. La cantidad de luz que entra en la fibra óptica también puede ser manipulada. Podría amplificarse usando lentes para enfocar la luz interior, y la célula solar basada en fibra tiene una intensidad de saturación muy alta.

Wang desarrolla algunos puntos más: «Esto realmente proporcionará nuevas opciones para los sistemas fotovoltaicos. Podríamos eliminar los problemas estéticos de los paneles fotovoltaicos en la construcción. También podemos prever sistemas fotovoltaicos para proporcionar energía a los vehículos estacionados y para cargar equipos militares móviles cuando las matrices tradicionales no son prácticas o no se desea utilizarlas».