Celdas solares sensibilizadas por colorantes que se adaptan a diferentes condiciones de luz

Investigadores desarrollan celdas solares que se puedan adaptar a condiciones de luz cambiantes, al tiempo que se logran eficiencias de conversión de alta potencia.


Las celdas solares hechas de materiales fotovoltaicos semitransparentes suelen tener una transmisión óptica fija, lo que resulta en alta transparencia o alta eficiencia, pero rara vez ambas. Sin embargo, para funcionar de manera óptima cuando se integran en los edificios, deben poder generar electricidad de manera eficiente, al tiempo que cambian la cantidad de luz que transmiten en función de la intensidad de la luz natural en su entorno.


Investigadores del CEA de la Universidad Grenoble Alpes-CNRS, Solaronix y la Universidad Pablo de Olavide propusieron una estrategia para fabricar celdas solares que se puedan adaptar a las condiciones de luz cambiantes, al tiempo que se logran eficiencias de conversión de alta potencia. Esta estrategia, descrita en un artículo publicado en Nature Energy, implica sensibilizar a las celdas solares utilizando tintes, desarrollados por ellos mismos, que permiten un cambio de color cuando se exponen a la luz.


"En 2014, estábamos trabajando en el desarrollo de colorantes orgánicos para su uso en celdas solares semitransparentes, sensibilizadas por colorantes (DSSC) con Solaronix, con el fin de construir una celda fotovoltaica integrada", Renaud Demadrille, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo "Uno de nuestros tintes fue seleccionado para la fabricación de paneles naranjas instalados en la fachada solar en el centro de conferencias EPFL ".


Después de integrar las celdas solares en entornos del mundo real y evaluar su rendimiento, los investigadores se dieron cuenta de que, si bien eran estéticamente agradables, su fabricación inevitablemente resultó en una compensación entre la transparencia y la eficiencia energética. Esto está lejos de ser ideal, especialmente si las celdas se van a incorporar en ventanas u otras superficies que normalmente son transparentes.


Celdas solares durante el día (izquierda) y durante la tarde (derecha)
Las celdas solares desarrolladas durante el día (izquierda) y durante la tarde (derecha)

"Nos dimos cuenta de que, idealmente, las celdas solares semitransparentes deberían generar electricidad al tiempo que ofrecen la comodidad para que los usuarios ajusten automáticamente la transmisión de la luz con la intensidad de la luz del día", dijo Demadrille. "Esta característica de ajuste automático podría ayudar a mitigar la cantidad de luz (cuando las celdas están expuestas a pleno sol) y la temperatura de los edificios con ventanas grandes y/o fachadas de vidrio. Por lo tanto, decidimos desarrollar una nueva clase de tintes que puedan habilitar estas propiedades ".


Las celdas solares presentadas por Demadrille y sus colegas fueron fabricadas con tintes fotocrómicos. Cuando se exponen a la luz, las propiedades de absorción de estos colorantes se alteran, lo que resulta en un cambio de color. Cuando las celdas solares se sensibilizan con estos colorantes, adquieren las mismas propiedades de cambio de color.


Los tintes fotocrómicos utilizados por los investigadores permiten la fabricación de celdas solares que se vuelven más oscuras cuando aumenta la cantidad de luz solar en su entorno y más transparentes cuando disminuye. Cuando se exponen a la luz solar intensa y, por lo tanto, adquieren un color más oscuro, las celdas también generan una mayor cantidad de energía eléctrica.


"Este proceso de coloración/decoloración puede repetirse durante varios meses sin pérdida", dijo Demadrille. "En otras tecnologías de celdas solares semitransparentes, la propiedad de transmisión de luz se fija durante la fabricación y no se puede cambiar".


Las celdas solares en sus diferentes condiciones de color. Crédito: Demadrille et al.
Las celdas solares en sus diferentes condiciones de color. Crédito: Demadrille et al.

Los investigadores evaluaron sus DSSC en una serie de experimentos y descubrieron que su transparencia oscilaba entre el 60% y el 27%, dependiendo de la intensidad de la luz solar en su entorno, pero también lograron una eficiencia de conversión de energía del 4,17%. Sorprendentemente, estas son las primeras celdas solares capaces de adaptarse a las condiciones de luz cambiantes. Esta característica les permite capturar energía solar durante el día y filtrar menos luz que pasa a través de ellos a medida que se oscurece, por ejemplo, al anochecer o temprano en la mañana.


En el futuro, las celdas solares introducidas por Demadrille y sus colegas podrían integrarse en ventanas de edificios u otras superficies que puedan beneficiarse de ser transparentes durante las horas más oscuras del día. Además, los tintes fotocrómicos utilizados en las celdas podrían aplicarse a otros materiales fotovoltaicos para proporcionarles propiedades de cambio de color similares.


"Creemos que, con más mejoras en su rendimiento y estabilidad, nuestras celdas tendrán el potencial de integrarse en fachadas de edificios o incluso vehículos, sirviendo como ventanas solares", dijo Demadrille. "En nuestros próximos estudios, planeamos explorar formas de mejorar su rendimiento y estabilidad eléctrica. Mientras tanto, también estamos trabajando en una segunda generación de tintes con una respuesta autoadaptativa más rápida a las condiciones de luz ".





Fuente: Traducción libre de techxplore.com

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