Paneles solares flexibles y doblables

Las células solares actuales suelen estar limitadas a conformar paneles rígidos y planos, sin la opción de flexionarse ni de tener otras formas que no sean la tradicional lámina. Ello hace que resulten difíciles de integrar en aparatos cotidianos, como teléfonos o vehículos. El problema que impide que esta tecnología se implante en todos esos aparatos radica en que para integrarse en ellos, las células solares deben ser plegables, a fin de que se las pueda flexionar e incluso doblar repetidamente sin romperse. Los materiales conductores tradicionales utilizados en las células solares carecen de flexibilidad, lo que supone un enorme obstáculo para desarrollar células totalmente plegables.

Un requisito clave para un conductor de corriente eléctrica que sea plegable y al mismo tiempo eficiente es la capacidad de soportar la presión de la flexión en un radio muy pequeño, manteniendo su integridad y otras propiedades deseables. Para cumplir todos los requisitos, se necesita un material conductor fino, flexible, resistente y transparente.

A diferencia de la electrónica meramente flexible, los dispositivos plegables están sujetos a deformaciones mucho más drásticas, con radios de plegado tan pequeños como medio milímetro. Esto no es posible con los sustratos de vidrio ultrafinos convencionales y los conductores transparentes de óxido metálico, que pueden hacerse flexibles pero nunca totalmente plegables, tal como advierte el profesor Il Jeon de la Universidad Nacional de Busán en Corea del Sur.

Afortunadamente, un equipo internacional que incluye a Jeon ha encontrado una solución. Estos científicos han identificado un candidato prometedor para cumplir  todos estos requisitos: las películas de nanotubos de carbono de una sola pared, debido a su gran transparencia y resistencia mecánica. El único problema es que a los nanotubos de carbono de una sola pared les cuesta adherirse a la superficie del sustrato cuando se les aplica una fuerza (como la flexión) y requieren un dopaje químico. Para solucionar este problema, Jeon y sus colegas incrustaron la capa conductora en un sustrato de poliimida, rellenando los espacios vacíos en los nanotubos.

Lograr paneles solares flexibles y del todo doblables ha sido durante mucho tiempo una meta muy difícil. (Imagen: Pusan National University)

Para garantizar el máximo rendimiento, también doparon el material resultante para aumentar su conductividad. Al introducir pequeñas impurezas (en este caso, electrones retirados al óxido de molibdeno) en la capa del nanocompuesto de poliimida y nanotubos de carbono de una sola pared, la energía necesaria para que los electrones se desplacen por la estructura es mucho menor y, por tanto, se puede generar más carga eléctrica para una cantidad determinada de corriente.

El prototipo resultante superó con creces las expectativas del equipo. Con solo 7 micrómetros de grosor, la película compuesta resiste de manera excepcional el ser doblada, tiene una transparencia de casi el 80% y su eficiencia de conversión de energía es del 15,2%, la más alta alcanzada hasta ahora en células solares que utilizan conductores de nanotubos de carbono. De hecho, como señala el profesor Jeon, los resultados obtenidos son de los mejores entre los registrados hasta ahora para células solares flexibles, tanto en términos de eficiencia como de estabilidad mecánica.

Jeon y sus colegas exponen los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Advanced Science, bajo el título “Foldable Perovskite Solar Cells Using Carbon Nanotube-Embedded Ultrathin Polyimide Conductor”. (Fuente: NCYT de Amazings)