Unas innovaciones auguran un futuro brillante a los dispositivos fotovoltaicos impresos
Los dispositivos fotovoltaicos (FV) impresos, que pueden emplearse para convertir la luz solar en electricidad, tienen múltiples ventajas, a saber: son más livianos que las obleas convencionales y posiblemente más baratos de fabricar en serie. Por lo tanto, se han identificado como fuente futura prometedora de energía eléctrica renovable. «Su capacidad para reducir los costes de la impresión de módulos FV podría ser sustancial», explica Stelios Choulis, investigador principal del proyecto Sol-Pro y fundador y director del Departamento de Investigación Electrónica Molecular y Fotónica» en la Universidad Técnica de Chipre. «Una línea de fabricación de impresión rollo a rollo podría producir en decenas de horas la misma superficie que una fábrica convencional de obleas en un año». Los dispositivos FV logran hoy en día los mismos valores de eficiencia que los dispositivos FV de silicio tradicionales. Con todo, un reto clave consiste en garantizar que los materiales optoelectrónicos orgánicos e híbridos de perovskita, materiales empleados en la fabricación de dispositivos FV impresos, sean ambientalmente estables a largo plazo, algo esencial para garantizar que los dispositivos FV impresos puedan formar parte del futuro sostenible de Europa. Los dispositivos FV han sido reconocidos como una tecnología facilitadora clave para la descarbonización del sistema energético europeo. De hecho, la Unión Europea necesita aumentar su capacidad FV de 117 GW a más de 630 GW de aquí a 2025, y a 1,94 TW de aquí a 2050, para satisfacer el 100 % de su demanda eléctrica con energía renovable.
Optimización del rendimiento de celdas fotovoltaicas
El proyecto Sol-Pro, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se propuso abordar algunos de estos retos. Choulis y su equipo analizaron materiales y dispositivos FV impresos a fin de optimizar su competitividad de costes y su fiabilidad durante su vida útil. En este sentido, se evaluaron y probaron nuevos sistemas de materiales. Asimismo, se desarrollaron métodos innovadores de procesamiento y síntesis de materiales optoelectrónicos para controlar con precisión elementos críticos como, por ejemplo, el tamaño y la cristalinidad de nanopartículas. Se corroboró que tales innovaciones mejoran el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos FV. Choulis agrega: «Además logramos demostrar que muchas de las características físicas y de ingeniería que rigen el comportamiento de los dispositivos FV impresos acontecen en las interfaces de los dispositivos. Lo que nos permitió desarrollar interfaces de alta calidad que optimizan el rendimiento FV». También se demostró que los nuevos métodos de ingeniería aditiva de capa activa y tratamiento superficial de capa intermedia proporcionan un rendimiento a lo largo de su vida útil considerablemente mayor en condiciones aceleradas de calor y humedad.
La generación energética del futuro
Choulis confía en que los progresos logrados con el proyecto Sol-Pro contribuirán positivamente al desarrollo en curso de dispositivos FV impresos de gran superficie y bajo coste para la generación de energía. El equipo logró demostrar cómo se puede mejorar el rendimiento térmico a lo largo de la vida útil de los dispositivos FV impresos mediante la incorporación de capas para bloquear la difusión en la arquitectura interna de los dispositivos. Choulis comenta: «Estas innovaciones pueden emplearse ahora en la práctica en la fabricación mediante impresión FV rollo a rollo, ya que ofrecen rutas de ingeniería sencillas para reducir la brecha entre eficiencia, estabilidad y fiabilidad de los dispositivos FV de procesamiento en húmedo». En el proyecto Sol-Pro se identificaron asimismo algunas limitaciones recurrentes de la vida útil. Choulis y su equipo de investigación son actualmente socios del proyecto financiado con fondos europeos RoLA-FLEX, que inició su andadura recientemente en pos de responder a este reto concreto. En dicho proyecto también se abordará el estudio de electrodos rentables desarrollados con métodos de impresión novedosos. Mientras tanto, la investigación de Sol-Pro beneficiará a los desarrolladores de materiales electrónicos, las empresas químicas, los fabricantes de equipos de impresión y los productores de módulos FV impresos. Gran parte del trabajo se ha publicado en forma de artículos científicos de acceso libre y constituye un punto de partida inmejorable para el desarrollo futuro de la nueva generación de dispositivos FV impresos fiables y de larga duración.
Palabras clave
Sol-Pro, fotovoltaico, FV, luz solar, electricidad, eléctrica, renovable, energía
