Nanotecnología para diseñar materiales fotovoltaicos menos tóxicos
El proyecto europeo Sunflower desarrolla materiales fotovoltaicos orgánicos y viables para la producción industrial
La Tecnología solar impresa en plástico está transformando la forma y el lugar donde se cosecha la energía. Esto representa una nueva generación de tecnologías de generación de energía solar, que dará como resultado páneles flexibles y de bajo peso, al mismo tiempo que serán de bajo coste.
La Unión Europea ha puesto en marcha recientemente un emprendimiento de 14.2 millones de Euros,que, en un período de cuatro años, pretenden desarrollar paneles solares de plástico flexibles avanzados, diseñados para ser integrados en aplicaciones de consumo de los nuevos móviles y edificios. Liderados por el CSEM, el consorcio del proyecto incluye a los socios industriales, tales como Agfa, BASF, DuPont Teijin Films y así como la fotovoltaica Konarka pionero y fundamental institutos europeos de investigación y universidades.
El lanzamiento de SUNFLOWER, un proyecto creado para generar la energía solar con gran eficiencia, por medio de celdas solares impresas en plástico reciclable, nos lleva un paso más hacia el sueño de la energía ecológica y eficiente para todos. Esta nueva tecnología, puede ser producida en masa utilizando grandes máquinas de impresión de escala en rollos de materiales flexibles, a diferencia de los rígidos, basados en los paneles de silicio, en uso hoy en día.
Con el proyecto de SUNFLOWER, la empresa CSEM lidera a los 17 socios del consorcio, con el objetivo de aumentar al mismo tiempo la eficiencia de las células de por vida, mientras que disminuye los costos de producción a través de tecnologías respetuosas del medio ambiente, que superan la ciencia solar actual.
La flexibilidad, el bajo peso y bajo costo, son las principales ventajas de estos novedosos paneles solares impresos en plástico. Al mismo tiempo, permitirá el desarrollo de aplicaciones de consumo como paneles solares en rollos o «roll-up» o paneles integrados en tres dimensiones en las estructuras arquitectónicas y, finalmente, posibilitar la producción de energía más robustas y económicas, para los campos de las granjas de paneles solares. Esta es una oportunidad clave para la UE, a fin de ampliar aún más su base de la innovación en energías alternativas.
«Tenemos la oportunidad de desarrollar una tecnología que se adapta perfectamente a la fabricación en los EE.UU. debido a su alto nivel de automatización de la UE, la necesidad de personal altamente capacitado, bajo consumo de energía, y proximidad a los proveedores y los mercados», afirma el coordinador del proyecto, el Dr. Giovanni Nisato del CSEM.
El consorcio del proyecto combina apoyo académico institucional, industrial , para lograr un impacto internacional significativo, mientras que se trabakja simultáneamente en la investigación de mercado para la adecuada implementación. Los socios del proyecto industrial están bien posicionados a lo largo de la cadena de suministro de los productos futuros basados en impresos células solares de plástico, lo cual es un requisito previo importante para la creación de un importante impacto socio-económico para este proyecto.
Los investigadores integrados en Sunflower han realizado varios estudios, entre los más exitosos de los cuales se cuenta el diseño de una célula fotovoltaica orgánica que se puede imprimir y, en consecuencia, presenta una gran versatilidad. En definitiva, «se puede asegurar que gracias a estos trabajos se ha avanzado en la consecución de células solares de buen rendimiento, bajo coste y características arquitectónicas muy interesantes», asegura el director del Instituto Universitario de Investigación de Materiales Avanzados (INAM), Juan Bisquert.
El Instituto Universitario de Investigación de Materiales Avanzados de la Universitat Jaume I de Castelló (UJI) ha participado . – Los objetivos de Sunflower eran muy ambiciosos, según el investigador del Departamento de Física integrado en la INAM Antonio Guerrero, puesto que se pretendía «no solo mejorar la estabilidad y eficiencia de los materiales fotovoltaicos, sino también reducir sus costes de producción».
De hecho, según Guerrero, «se han mejorado los procesos para dar el salto del laboratorio a la escala industrial porque, entre otros, se han usado disolventes no halogenados que son compatibles con los métodos de producción industrial y que reducen considerablemente la carga tóxica de los halogenados».
«La implicación de nuestro instituto en estos proyectos es de gran interés porque una de nuestras líneas prioritarias de investigación son los nuevos materiales para desarrollar las energías renovables», apunta Bisquert, también catedrático de Física Aplicada. Además, estos consorcios implican el trabajo en común de la academia y la industria. En consecuencia, añade el investigador, «se favorece la transferencia de conocimiento a la sociedad y, en este caso, demostramos que materiales orgánicos investigados durante veinte años están ya cerca de convertirse en tecnologías viables».
Materiales plásticos
La participación de los investigadores de la UJI en Sunflower se ha centrado en «mejorar el aspecto de reactividad química de los materiales o la compatibilidad estructural», señala el catedrático de Física Aplicada y miembro del INAM Germà García. «Hemos trabajado para pasar de los conceptos de la electrónica inorgánica en células fotovoltaicas a la parte de la electrónica orgánica», añade. Los investigadores querían aprovechar las facultades de absorción y conducción de materiales plásticos y comprobar su capacidad de producción solar, un uso poco habitual porque normalmente se utilizan como aislantes eléctricos.
En los laboratorios de la UJI se han estudiado los materiales orgánicos, unos dispositivos muy complejos porque tienen hasta ocho capas nanométricas. «Hemos realizado mediciones eléctricas avanzadas para ver dónde se encontraban las pérdidas energéticas y, de este modo, poder informar a los productores de materiales y dispositivos con objeto de mejorar la estabilidad y eficacia de las células solares», explica Guerrero.
Energía solar en objetos cotidianos
«Las posibles aplicaciones de la tecnología fotovoltaica orgánica (OPV) son numerosas, desde dispositivos electrónicos móviles de los consumidores hasta la arquitectura», subraya el coordinador del proyecto gestionado por el Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología (CSEM), Giovanni Nisato. «Gracias a los resultados que hemos obtenido, la fotovoltaica orgánica impresa se convertirá en parte de nuestra vida cotidiana, y nos permitirá utilizar la energía renovable y respetuosa con el medio ambiente y con un impacto positivo en nuestra calidad de vida», según Nisato.
El proyecto europeo Sunflower se ha desarrollado durante 48 meses con el objetivo principal de extender la vida útil y el coste-rendimiento de la tecnología fotovoltaica orgánica por medio de un mejor control de proceso y la comprensión de los materiales. Además, en opinión de sus responsables, los resultados de esta investigación podrían duplicar la cuota de las energías renovables en su matriz energética, del 14% en 2012 al 27-30% para el año 2030. De hecho, Sunflower ha facilitado el avance hacia un aumento significativo en el uso de la energía solar incorporado en objetos de uso cotidiano.
El consorcio Sunflower consta de 17 socios de toda Europa: CSEM (Suiza), DuPont Teijin Films UK Ltd (Reino Unido), Amcor Flexibles Kreuzlingen AG (Suiza), Agfa-Gevaert NV (Bélgica), Fluxim AG (Suiza), Universidad de Amberes (Bélgica), SAES Getters SPA (Italia), Consiglio Nazionale delle Ricerche-ISMN-Bologna (Italia), Hochschule für Life Sciences FHNW (Suiza), Chalmers Tekniska Hoegskola AB (Suecia), Institut Fraunhofer zur Foerderung der Angewandten Forschung E.V. (Alemania), Linköpings Universitet (Suecia), Universitat Jaume I de Castelló (España), Genes’Ink (Francia), Centro Nacional de Investigación Científica (Francia), Belectric OPV GmbH (Alemania), y Merck KGaA (Alemania).
Por su parte, las líneas fundamentales de investigación del INAM son los nuevos tipos de materiales para obtener dispositivos de energías limpias, células solares basadas en compuestos de bajo coste como por ejemplo la perovskita y otros orgánicos. Por otro lado, se estudia la producción de combustibles a partir de luz solar, rompiendo las moléculas de agua y produciendo hidrógeno y otros materiales catalíticos, en la vertiente más química, todos ellos de gran importancia en el contexto de la investigación internacional.