Nuevas células solares basadas en grafeno y óxido de estaño e indio

Investigadores del MIT desarrollan un nuevo uso del grafeno recubierto con nanohilos

Investigadores del MIT han producido un nuevo tipo de células fotovoltaicas basadas en capas de grafeno flexible recubiertas con nanohilos. La investigación podría generar células solares de bajo precio, flexibles y transparentes que podrían ser utilizadas en, por ejemplo, ventanas, tejados u otras superficies expuestas a radiación solar. Este tipo de células solares se engloban en el grupo de las thin films.

Las células solares con alto rendimiento de hoy día están hechas en base silicio, por lo que continúan siendo bastante caras puesto que el silicio se fabrica con una altísima pureza y se procesa para lograr monocristales de muy bajo espesor. Por esta razón se buscan alternativas como células solares basadas en nanoestructuras o híbridas; un ejemplo es el ITO, óxido de indio y estaño, usado en la fabricación de células solares como electrodo transparente.

 “El ITO  es el perfecto material para la fabricación de electrodos transparentes”, es lo que sugiere Gradečak ; como en las pantallas táctiles de los Smartphone. Pero el indio es un material de alto coste mientras que el grafeno se constituye de carbono. La alternativa que propone Gradečak debe ser de bajo coste y generar nuevas ventajas incluyendo flexibilidad, bajo peso y buenas propiedades químicas y mecánicas.

Construir semiconductores directamente en una capa limpia de grafeno sin perjudicar su conductividad eléctrica y propiedades estructurales ha sido la meta a seguir debido a la estructura estable del grafeno. En el equipo de investigación han utilizado recubrimientos de polímeros P3HT para modificar sus propiedades, permitiéndoles utilizar una capa de nanohilos de óxido de estaño e indio para generar un material que responda a ondas de luz.

Los investigadores aseguran que a pesar de las modificaciones causadas por los recubrimientos, las propiedades del grafeno se mantienen intactas, dotando al material de numerosas ventajas como material híbrido. Se ha demostrado que los dispositivos de base grafeno se pueden comparar en cuanto a eficiencia a los realizados en ITO. Además, a diferencia de los semiconductores crecidos a alta temperatura, la solución basada en deposición de nanohilos de óxido de estaño e indio sobre grafeno, se puede llevar a cabo a temperaturas inferiores a 175°C. El proceso de fabricación a gran escala se realiza mediante un proceso de sintetizado por CVD (deposición química en fase vapor) donde los polímeros cubren al grafeno en capas. Los investigadores afirman que el tamaño no es un factor que limite el proceso y el grafeno puede fabricarse en forma plástica o cristalizada.

Ésta producción a gran escala no ha sido probada por el momento, siendo media pulgada el máximo tamaño producido pero los investigadores no creen que la gran escala sea el problema del proceso, llegando a afirmar que en un par de años se podrían encontrar dispositivos en el mercado basados en este tipo de tecnología. Por otro lado, son varias las voces que se alzan para poner un cortapisas a este nuevo material, alegando que los posibles avances están todavía en el aire y queda un largo camino para encontrar una calidad adecuada que garantice el logro de este material; todo ello sin menospreciar las aplicaciones logradas por este grupo de investigadores.

La imagen muestra la estructura de capas del nuevo elemento, comenzando con una capa flexible de grafeno. Una capa de polímero lo recubre y posteriormente una capa de nanohilos; finalmente, una capa de un material que pueda atrapar la energía solar como por ejemplo puntos cuánticos o un material de base polimérica.