Los investigadores han logrado un 23% más de eficiencia con celdas solares tipo sensibilizadas por colorantes y además usando los elementos que se les conoce como “tierras raras”.
Se estima que, a nivel mundial, en el año 2050 se requerirá el doble de energía que se consumía en el 2001. La demanda de producción en cantidad, se suma a los desafíos que plantea la imperativa reducción de emisiones de CO2, por lo cual se hace necesario tornar hacia una producción de energías limpias y renovables.
Suplir estas necesidades representa un enorme desafío, pero a la vez, ha significado enormes oportunidades para químicos del estado sólido e investigadores relacionados a la química de materiales, con el fin de desarrollar nuevos materiales que puedan dar aplicación a mejoras en el desarrollo de tecnologías, sobre todo en la energía solar.
La Universidad Católica del Norte se establece en el Norte Grande del país, zona que posee algunos de los sitios más propicios en Chile para el desarrollo de energía solar. Grupos de investigadores pertenecientes a esta casa de estudios ya han participado de diversos proyectos indagatorios para mejorar y ampliar la capacidad de captación de luz en los paneles, a través de “conversores de energía o también llamados fósforos inorgánicos”.
En la misma línea de anteriores investigaciones y con alentadores resultados, los académicos liderados por el Dr. Jaime Llanos, pretenden en un nuevo proyecto estudiar la síntesis y óptica caracterización de diferentes estructuras de conversión ascendente y descendente, de esta manera tratar de expandir la absorción de luz y mejorar la conversión eficiente en células solares sensibilizadas por colorante (DSSC). Esta última investigación se desarrolla en el marco del proyecto Fondecyt1181302, y como dice el investigador, “lo que buscan es que se pueda lograr una mayor cosecha de luz”.
El académico de la Universidad Católica del Norte y docente del Magíster en Ciencias Mención Química (UCN), quien tiene más de 90 publicaciones científicas de su autoría, detalla cómo se ha ido desarrollando su investigación e interés para llegar al día de hoy: “La motivación es que la ciencia permite transformaciones, por ello, hemos logrado y buscado reacciones que permitan sintetizar materiales que sean funcionales a alguna actividad práctica. En ese sentido, hace ya mucho tiempo que empezamos a trabajar con cobre, la intención era buscar materiales para baterías con litio, eso ya hace 30 años atrás. Luego, estudiamos materiales semiconductores. Ya en esta etapa estamos trabajando con materiales semiconductores y materiales conversores de energía, los cuales son los que se encuentran en las iluminaciones, por ejemplo”.
El uso de tierras raras y sus aplicaciones
“Tierras raras” se le denomina a un conjunto de 17 elementos químicos que se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica, los cuales poseen diferentes propiedades que pueden ser utilizadas para otorgar diferentes aplicaciones en el ámbito de la tecnología. Según detalla el investigador, el uso y combinación de tierras raras es bastante importante ya que hay muchos materiales que se pueden formar con tierras raras y los elementos de transición. “Esto elementos tienen muchas utilidades y aplicaciones que son muy codiciadas, actualmente quienes dominan este mercado son los chinos”.
Un aspecto a destacar es que la energía solar se utiliza por paneles fotovoltaicos (captación de energía a través de la luz) o termosolar (captación de energía a través de la temperatura). Nosotros trabajamos con paneles fotovoltaicos y creemos que el desarrollo que se está alcanzando es bastante importante.
A modo de contextualización y según comenta el investigador: “Los conversores de energía han sido utilizados, por ejemplo; en pantallas plasmas. Posterior a eso, se ha trabajado y se sigue trabajando en cómo utilizar estos en celdas solares, fotovoltaicas o electroquímicas, para poder tener una mayor cosecha de luz solar y de esta manera; mejorar la eficiencia. Nosotros lo aplicamos agregando los conversores a las celdas solares”.
En esta investigación, explica el académico, es clave el uso de las capas conversoras de energía, en base a elementos de tierras raras, “ya que han mostrado que la eficiencia de la celda se ve mejorada hasta en un 23%”. Estos resultados fueron publicados en la revista de corriente principal RS Open Science”.
Desarrollo de investigaciones y vinculación con postgrado
Los investigadores se encuentran trabajando en desarrollar mecanismos que le permitan abarcar un rango más amplio de captación de luz, ya que en la actualidad la eficiencia de la captura de los paneles solares fotovoltaicos es de alrededor del 25%, lo que se debe principalmente a que se dejan de lado la luz infrarroja y ultravioleta.
La luz captada por los actuales paneles captura solo la luz del espectro visible, en ese sentido, los investigadores pretenden desarrollar mecanismos que permitan, mediante celdas fotovoltaicas sensibilizadas, captar también la luz infrarroja. Esto permitiría ampliar el rango de captación de energía y sumar al menos un 15% de mayor eficiencia en los paneles solares. En la actualidad, el equipo de investigadores de la UCN cuenta con las condiciones de laboratorio para reproducir este experimento.
De igual manera, es necesario destacar que parte importante de los investigadores que participan de este proyecto son académicos del nuevo Magíster en Ciencias con mención Química de la Universidad Católica del Norte, donde se presentan importantes oportunidades de vinculación al quehacer investigativo en torno a la eficiencia de paneles solares. La convocatoria de este programa de magíster, estará abierta hasta el 5 de marzo del 2021.
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