Material innovador para mejorar la generación de energía solar

La energía solar fotovoltaica, fundamental en la transición hacia un modelo energético limpio y renovable, gana terreno cada día. Facilita este rápido desarrollo la reducción de costes que su tecnología ha registrado en los últimos años. En la fabricación de los paneles que captan la luz del sol para transformarla en electricidad se emplea convencionalmente como material principal el silicio, uno de los elementos más abundantes en el planeta. Sin embargo, la eficiencia de esta tecnología tiene un margen limitado de mejora y, debido a la rigidez y el peso de los paneles, existen aplicaciones en las que no se puede implementar.

Un grupo de investigadores del Instituto de Energía Solar (IES) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) en España ha explorado ahora las propiedades optoelectrónicas de materiales avanzados (innovadores y aún poco estudiados) para su empleo en la generación de energía fotovoltaica. En particular, los materiales bidimensionales (láminas con grosor del orden de una molécula o átomo) que son semiconductores, como el disulfuro de molibdeno (MoS2), los cuales resultan muy prometedores para una amplia gama de aplicaciones.

Con espesores de solo unos pocos nanómetros, los materiales estudiados por los investigadores presentan una excelente absorción de la luz, una alta movilidad de carga y una eficiente conversión de energía cuando se genera una diferencia de temperatura (característica propia de un material termoeléctrico). Además, tienen interesantes propiedades mecánicas, como flexibilidad, resistencia y ligereza notables, lo que facilita su aplicación en superficies flexibles y móviles.

El objetivo de los investigadores, integrantes del grupo de Silicio y Nuevos Conceptos para Células Solares, era entender cuál es el efecto en las propiedades eléctricas y termoeléctricas del disulfuro de molibdeno al doparlo con átomos de niobio (Nb), lo que aumenta el número de portadores libres con carga eléctrica dentro del material, y al variar el espesor. “Esto es importante porque tener un control de las propiedades nos puede permitir tunearlas y adaptarlas a las aplicaciones en enfriamiento a microescala en circuitos integrados, sensores térmicos, uniones bipolares y fotovoltaica”, explica Inés Durán, estudiante de doctorado en el Instituto de Energía Solar de la UPM y primera firmante del estudio.

Los investigadores de la UPM han descubierto que un dopaje controlado de estas láminas de espesores nanométricos mejora las propiedades eléctricas y termoeléctricas para los distintos espesores. “Al controlar la concentración de dopaje y el grosor del cristal, podemos desacoplar el coeficiente Seebeck [parámetro principal que cuantifica la capacidad termoeléctrica de un material] de la conductividad eléctrica, superando la compensación entre ambos”, indica Durán.

Las aplicaciones del disulfuro de molibdeno son diversas. Gracias a la posibilidad de doparlo con impurezas atómicas, ya se han fabricado células solares en las que la capa encargada de absorber la luz y generar electricidad está compuesta por este material. Además, podría emplearse como capa intermedia en otros dispositivos de generación fotovoltaica.

Otra posibilidad es utilizar estos materiales en forma de capas extremadamente finas para desarrollar dispositivos semitransparentes. Un ejemplo es el desarrollo de células solares semitransparentes que se adhieren a las ventanas y son capaces de generar electricidad mientras permiten el paso de una cantidad de luz suficiente para iluminar el interior de los edificios.

La energía solar es fundamental para la transición hacia un modelo energético limpio y renovable. (Foto: Amazings / NCYT)

Los investigadores aún sugieren más utilidades. Las propiedades termoeléctricas del disulfuro de molibdeno permiten su uso en aplicaciones de refrigeración y calefacción, ya que, al hacer circular corriente a través de este material, se genera un flujo de calor que calienta un extremo y enfría el otro. Esto mismo también lo hace adecuado para emplearse en sensores térmicos, destacan.

El estudio se titula “High Conductivity and Thermoelectric Power Factor in p-Type MoS2 Nanosheets”. Y se ha publicado en la revista académica ACS Applied Energy Materials, siendo tan valorado que protagoniza la portada del número donde se publica. (Fuente: UPM)