Células solares flexibles de nanocables y grafeno

Un equipo de investigadores ha producido una nueva clase de célula fotovoltaica basada en láminas de grafeno flexible cubiertas con una capa de nanocables. Este enfoque de diseño permitiría obtener células solares baratas, transparentes y flexibles, que podrían instalarse en ventanas, tejados u otras superficies.

Muchos científicos están explorando alternativas a las células solares tradicionales. Entre estas alternativas figuran por ejemplo las células solares híbridas, o con estructura trabajada a escala nanométrica. El óxido de estaño e indio (ITO, por sus siglas en inglés) se usa como un electrodo transparente en estas nuevas células solares.

Actualmente, el ITO es el material típico para los electrodos transparentes, tales como los usados en las pantallas táctiles de dispositivos como los smartphones (teléfonos inteligentes). Pero el indio es un metal escaso y caro, mientras que el grafeno está hecho de carbono, mucho más abundante y barato.

El nuevo material desarrollado por el equipo de Silvija Gradecak, Hyesung Park y Sehoon Chang, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, puede ser una buena alternativa al ITO. Además de su costo más bajo, proporciona otras ventajas, incluyendo flexibilidad, bajo peso, robustez mecánica y estabilidad química.

Construir nanoestructuras semiconductoras directamente sobre una superficie de grafeno pura sin dañar sus propiedades eléctricas y estructurales ha sido un desafío debido a la estructura estable e inerte del grafeno. Para lograrlo, el equipo de Gradecak empleó una serie de capas poliméricas para modificar sus propiedades, lo que les permitió unirle una capa de nanocables eléctricos de óxido de cinc, y encima una cubierta de un material que reacciona ante las ondas de luz.

La estructura por capas del nuevo diseño. Primero, una capa de flexible de grafeno. Encima, una capa de polímero. A continuación, una capa de nanocables de óxido de zinc, en color magenta, y por último una capa de puntos cuánticos o bien de un material polimérico.) (Imagen: Cortesía del equipo de investigación)

A pesar de estas modificaciones, las propiedades innatas del grafeno permanecen intactas, proporcionando ventajas significativas para el material híbrido resultante.

Además, a diferencia de las altas temperaturas necesarias para trabajar otros semiconductores, en el nuevo material se puede usar un proceso que no exige temperaturas mayores de 175 grados centígrados para depositar nanocables de óxido de zinc en los electrodos de grafeno. Las células solares de silicio suelen afrontarse procesos de elaboración con temperaturas muy superiores.

Gradecak cree que dentro de un par de años podrían aparecer en el mercado los primeros dispositivos comerciales basados en esta nueva tecnología.

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