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Eficiencia fotovoltaica a la vista

Cristina Jiménez

INNOVACIÓN     |    INDUSTRIA    |    23/04/2014

Las células de colorantes o de Gratzel son una alternativa a las células solares de silicio de uso más habitual pero de coste aún muy elevado. Un equipo de investigación del ICIQ trabaja en su desarrollo, que pone de manifiesto que pueden ser mucho más eficientes y económicas. Y, por tanto, mucho más competitivas.

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De las células solares fotovoltaicas se espera que jueguen un papel protagonista en la producción de energía eléctrica, algo que por el momento no es posible. Su elevado coste y su limitada eficiencia frenan por ahora una mayor expansión al mermar su competitividad. Investigadores del Institut Català de Investigació Química (ICIQ) han logrado lo que parece un hito: aumentar la eficiencia y reducir el coste.


El caso es que a pesar de todas las ventajas que se le presuponen, el uso de electricidad solar mediante conversores fotovoltaicos todavía está limitado. En general, se aducen factores de competitividad. El coste de las células solares es todavía demasiado elevado atendiendo la cantidad de energía que pueden generar, y más si cabe si se compara con otras fuentes.

Por otro lado, la tecnología sigue sin estar suficientemente madura. De ahí que investigadores del Institut Català de Investigació Química (ICIQ) se haya interesado por una alternativa a las células solares de silicio, que son las de uso más habitual. Se trata de las llamadas células de colorantes o de Gratzel. Un desarrollo reciente ha evidenciado que pueden ser mucho más eficientes y económicas. Por tanto, mucho más competitivas.

Proceso simple

Las células de Gratzel se distinguen de las clásicas células de silicio porque pueden ser construidas con materiales de bajo coste, como el óxido de titanio y colorantes orgánicos, explica Emilio Palomares, investigador ICREA y jefe de grupo en el ICIQ. Además, su proceso de fabricación es más simple y económico. «Mientras que en el proceso de fabricación de las células de silicio se necesitan temperaturas de hasta 1000 grados, en las de colorantes bastan temperaturas de entre 300 y 350 grados», explica el investigador. La diferencia de temperatura se traduce en un importante ahorro energético en los costes de producción. Por tanto, «en un ahorro económico», enfatiza Palomares.

«El proceso de fabricación de las células de Gratzel es más simple y económico que el de las células de silicio.»
La nanotecnología juega un papel clave en la fabricación de estas células. Y es un proceso bastante simple. Las células toman como base una matriz porosa de un óxido metálico resistente y barato, como el óxido de titanio. Con partículas de óxido de unos 10 nanómetros de tamaño, se consigue un área interna «gigantesca» para realizar la conversión fotovoltaica. Dicha función corresponde a una molécula orgánica: un colorante que es el absorbedor de luz que se encuentra anclado en la superficie interna de la matriz y cuando se ilumina inyecta electrones a un semiconductor. El circuito interno se completa con un líquido conductor que regenera el colorante oxidado.


Mayor eficiencia

El grupo de investigación del Prof. E. Palomares, en el ICIQ de Tarragona, ha logrado un prototipo con células solares, como el que muestra Laia Pellejà, miembro del grupo.

Hasta ahora se han fabricado células de colorante que en condiciones de laboratorio ofrecen eficiencias de hasta el 15%, si bien la eficiencia de los paneles fotovoltaicos montados se reduce al 5%. «En el laboratorio se utilizan materiales más puros y las condiciones de ensayo están muy controladas», justifica Palomares. En las células de silicio las eficiencias oscila entre el 23% y el 25% en condiciones de laboratorio. En el panel desciende hasta el 15%.


En el grupo de Palomares se encargan de medir las limitaciones que tienen estas células, principalmente, en su capacidad de transformar la energía solar en energía eléctrica, así como de caracterizar sus propiedades e investigar nuevos colorantes. Las investigaciones de los científicos del ICIQ se realizan en estrecha colaboración con empresas y centros de investigación de Francia, Irlanda y Suiza, donde se fabrican los colorantes y se preparan los paneles.

Fue en 1991 cuando Michael Graetzel, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, dio con la primera combinación de materiales que permitía mejorar la eficiencia de esta tecnología. Y este año, en 2014, se han instalado por primera vez módulos fotovoltaicos transparentes utilizando la tecnología de las células de colorante en la fachada del Palacio de Congresos de Lausana (Suiza).

En concreto, han sido 355 paneles que proporcionan 2000 kW/h/año, aproximadamente. La transparencia de las células de colorante hace que aumenten sus posibilidades de ser introducidas en edificaciones. De ahí su nombre de ventanas solares. Y como tales están dispuestas en el edificio de convenciones de Lausana. «De momento solo resulta viable instalarlas en edificios de elevado coste económico, como el de Lausana, para amortizar los gastos», explica Palomares.


En busca de un atractivo para el mercado

El desarrollo de nuevos paneles solares fotovoltaicos parece irremediablemente abocado a la investigación de nuevos materiales y a su incorporación a diseños arquitectónicos integrados como si de una pieza más se tratara. Es en este contexto que las células de Graetzel estás ganando posiciones a un ritmo exponencial.

Lo demuestran varios logros. Por un lado, se ha conseguido superar la barrera del 10% en eficiencia en condiciones de laboratorio y se han alcanzado rendimientos de hasta el 7,6% en paneles montados. Las cifras suponen además de ratios aceptables para la producción de energía, una relación coste-beneficio por primera vez atractiva. Ya no se trata solo de inversión, sino de unos retornos que empiezan a ser apreciables. Un segundo hito es la estabilidad alcanzada con los materiales empleados. Sin ser la óptima, sí es la suficiente para obtener rendimiento en el largo plazo.

Finalmente, el tratamiento arquitectónico de los paneles montados augura un futuro prometedor como elementos perfectamente integrados, sobre todo en grandes edificaciones como centros de convenciones o palacios de congresos. Con un aumento de la eficiencia, no es descartable su uso futuro en edificios de oficinas y hoteles que opten por superficies acristaladas.
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Cristina Jiménez

Periodista

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