Materiales idóneos para paneles solares subacuáticos

Es posible que haya muchos materiales orgánicos e inorgánicos que podrían utilizarse para aprovechar la luz solar bajo el agua y energizar con eficacia vehículos sumergibles autónomos, pero que se han pasado por alto. Esta es la conclusión a la que han llegado unos investigadores de la Universidad de Nueva York en Estados Unidos.

Hasta ahora, la tendencia general con tales vehículos ha sido utilizar células solares tradicionales de silicio, las cuales, tal como comenta el equipo de Jason A. Röhr, están lejos de ser ideales una vez que se llega a una profundidad significativa en un medio acuático, ya que el silicio absorbe una gran cantidad de luz roja e infrarroja, que también es absorbida por el agua, especialmente a grandes profundidades. Con los resultados obtenidos en la investigación de Röhr y sus colegas, será posible desarrollar materiales más eficientes para paneles solares subacuáticos.

Los vehículos submarinos, como los que se utilizan para explorar las profundidades marítimas, están actualmente limitados por la energía que les llega desde tierra firme o por la que generan las ineficientes baterías de a bordo, lo cual impide a esos vehículos viajar a grandes distancias y durante períodos de tiempo más largos. Las nuevas tecnologías de células solares que ya han cosechado éxitos prometedores en tierra firme y en el espacio exterior podrían dar a estos sumergibles robóticos más libertad para desplazarse, pero el medio acuático presenta desafíos únicos. El agua dispersa y absorbe gran parte del espectro de luz visible, absorbiendo longitudes de onda solares rojas incluso a poca profundidad antes de que las células solares de silicio tengan la oportunidad de capturarlas.

La imagen muestra una célula solar orgánica. Las de este tipo son candidatas probables para aplicaciones submarinas ya que es posible hacerlas resistentes al agua y funcionan excelentemente en condiciones de poca luz. (Foto: Allison Kalpakci)

La mayoría de los intentos anteriores de desarrollar células solares submarinas se han hecho a partir de silicio convencional o silicio amorfo, que tienen características más adecuadas para absorber la luz en tierra firme. Sin embargo, la luz azul y la amarilla consiguen penetrar profundamente en la columna de agua, incluso cuando otras longitudes de onda disminuyen su alcance, lo que sugiere que los semiconductores capaces de aprovechar preferentemente estas bandas del espectro de la luz visible, y que, por tanto, no son los semiconductores típicos de las células solares tradicionales, pueden proporcionar mejores oportunidades para el suministro de energía bajo el agua.

Para conocer mejor el potencial de las células solares submarinas, Röhr y sus colegas evaluaron masas de agua, en lugares que incluyeron desde las regiones más claras de los océanos Atlántico y Pacífico hasta un turbio lago finlandés. Los resultados de estos análisis demuestran que las células solares hechas con los materiales apropiados cosechan energía del Sol hasta profundidades de 50 metros en las masas de agua más claras de la Tierra, y que una baja temperatura del agua aumenta aún más la eficiencia de las células.

Röhr explica que las células solares baratas hechas de materiales orgánicos, que se sabe que funcionan bien en condiciones de poca luz, así como las aleaciones hechas con elementos químicos de los grupos tres y cinco de la tabla periódica, podrían ser ideales en aguas profundas. Y aunque la composición química de los semiconductores diferiría de la de los usados para las células solares utilizadas en tierra firme, el diseño general seguiría siendo relativamente similar.

Los paneles solares tradicionales de silicio, como los que vemos en algunos tejados, están encapsulados para impedir que causen daños al medio ambiente. Los estudios han demostrado que estos paneles pueden ser sumergidos y operar bajo el agua durante meses sin sufrir daños significativos. Röhr argumenta que métodos de encapsulación similares podrían ser empleados para nuevos paneles solares hechos con materiales óptimos.

Röhr y sus colegas ya han investigado células solares orgánicas no encapsuladas que son altamente estables en el agua, pero todavía necesitan demostrar que estas células pueden ser más eficientes que las células tradicionales. Si se consigue, Röhr pronostica que veremos estas nuevas células solares en el mercado en un futuro próximo. (Fuente: NCYT Amazings)