Todo lo que necesitas saber sobre células solares orgánicas

Las células solares orgánicas podrán llegar en un futuro donde no lleguen las células solares de silicio

La industria fotovoltaica está en constante desarrollo, buscando la manera de que la energía solar sea lo más eficiente, accesible y estéticamente agradable posible. Y una de las líneas de investigación más interesantes que se están desarrollando hoy en día tiene que ver con la construcción de opciones solares más delgadas y flexibles. Y aquí es donde encuentran su lugar la tercera generación de dispositivos fotovoltaicos: las células solares orgánicas (OSC).

Al igual que la tecnología solar de silicio tradicional, las OSC convierten la energía del sol en electricidad utilizable. Pero son mucho más versátiles que la energía solar fotovoltaica convencional. Los OSC son livianos y flexibles y se pueden hacer semitransparentes o en varios colores. Estas cualidades les otorgan aplicaciones potenciales para células solares integradas en textiles, vehículos y edificios, y para crear energía en áreas donde no existe.

En Cambio Energético queremos compartir contigo los nuevos avances en tecnología fotovoltaica para que te puedas hacer una idea del potencial que tiene la energía solar para el ahorro energético y para tu bolsillo; al tiempo que contribuyes a la conservación del medio ambiente. Por lo que si tienes alguna duda al respecto, contacta con nosotros:

Ya te hemos hablado de otras tecnologías como las células solares perovskita, la tecnología de heterounión, o las células solares PERC, entre otras. En este artículo, exploramos qué son las células solares orgánicas. Si bien todavía no se han extendido a nivel comercial, ya que se encuentra en fase de desarrollo en laboratorio, ofrecen una serie de características que le auguran un futuro prometedor.

¿Qué son las células solares orgánicas?

Las células solares orgánicas, también conocidas como celdas fotovoltaicas orgánicas (OPV), son, como decíamos, la tercera generación de tecnología de células solares. Puede que escuches hablar también de “células solares de plástico” o de “células solares de polímero”; en ambos casos, hablamos también de células orgánicas. Esto es porque las células solares orgánicas se componen de elementos que generalmente se disuelven en tinta y luego se imprimen en plásticos delgados.

Estas células orgánicas son increíblemente poderosas cuando se trata de absorber la luz del sol; son capaces de recoger más cantidad de luz solar que cualquier otra célula solar. Esto es porque, a diferencia de las células solares cristalinas tradicionales que usan silicio como absorbente, las células solares orgánicas usan un polímero o una célula de molécula pequeña hecha de materiales a base de carbono y electrónica orgánica.

Esta composición permite la creación de una célula solar extremadamente ligera, flexible y de película delgada; lo que la dota de una gran versatilidad de usos, con posibilidades casi ilimitadas. Y aquí está el meollo de su funcionalidad: debido a su delgadez y flexibilidad, los OSC se pueden instalar en superficies curvas y respaldos flexibles. Por ejemplo, pueden parchearse o integrarse en la tela de tiendas de campaña, mochilas e incluso ropa; también utilizarse para vehículos o para la fotovoltaica integrada en los edificios, como las ventanas solares.

La mayoría de estos productos aún están en desarrollo, pero demuestran la creatividad innovadora que brindan los OSC. Con la tecnología OSC, las posibilidades de uso de las células solares se han ampliado mucho más allá de los tejados y huertos solares.

¿Cómo funcionan las células solares orgánicas?

La primera célula solar orgánica se desarrolló en 1958; pero no fue hasta la década de 2000 que las OSC vieron un aumento significativo en la eficiencia. Las células solares orgánicas siguen el mismo proceso que las células solares de silicio monocristalino y policristalino. Cada una de estas formas de células solares produce electricidad a través de lo que se conoce como efecto fotovoltaico.

Y ¿qué es el efecto fotovoltaico? En pocas palabras, es la conversión directa de la luz en electricidad a nivel atómico. La primera etapa de este proceso es la absorción de luz por parte de la celda solar en forma de pequeños haces de energía, conocidos como fotones. Luego, la celda solar golpea los fotones y hace que los electrones se suelten del material semiconductor; después de lo cual son recibidos por los aceptores de electrones. Una vez que los electrones están sueltos, pueden fluir a través de la celda solar y crear una corriente eléctrica a través de los portadores de carga. Esa corriente eléctrica luego es capturada y transferida a través de tu hogar.

Entonces ¿qué diferencia a las células de silicio de las OSC? La única diferencia es el material semiconductor de cada una de las células solares. Donde una celda solar tradicional usa silicio, las celdas solares orgánicas usan un compuesto a base de carbono como semiconductor.

Ventajas de las células solares orgánicas

Las células solares orgánicas brindan muchos beneficios, no solo a los consumidores, también a fabricantes e instaladores; algo que se espera que aumente a medida que la tecnología se vaya desarrollando.

Las siguientes son las ventajas de las células solares orgánicas:

• Estructura flexible y ligera: las células solares orgánicas son muy flexibles y adaptables en comparación con las células solares tradicionales. Esto significa que pueden utilizar un área grande y adaptarse para encajar en muchos sustratos diferentes; es decir, son más versátiles. Su estructura flexible también hace que las células solares orgánicas sean más duraderas en comparación con otros módulos solares.

• Características semitransparentes: las células solares orgánicas también se pueden hacer transparentes, semitransparentes o en varios colores. Algo, sin duda, muy relevante para aplicaciones como la fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) o para la agrovoltaica.

• Bajo coste de fabricación: con la estructura soluble de las moléculas orgánicas, los fabricantes pueden utilizar un sistema roll-to-roll que es menos costoso y más ecológico que otros procesos de fabricación. Las OSC a gran escala se pueden fabricar simplemente imprimiendo las capas de la celda en una base, como si se estuvieran imprimiendo periódicos. Debido a que este proceso consume menos energía, los OSC tienen un tiempo de recuperación de energía significativamente más corto que las celdas de silicio. En otras palabras, los OSC requieren menos tiempo para generar la cantidad de energía necesaria para fabricarlos; y este menor coste de fabricación también implica un precio de venta al público más barato y, por tanto, que sean más accesibles.

• Abundancia de materiales: existe una gran oferta de materiales de construcción para las células solares orgánicas. Esto debería reducir las limitaciones de suministro y precio, aumentando aún más tus ahorros solares.

Inconvenientes de las células solares orgánicas

Todavía queda trabajo por hacer antes de que las células solares orgánicas puedan comercializarse ampliamente. Entre los desafíos que debe afrontar esta tecnología, destacan:

• La eficiencia en la conversión de energía: actualmente, la máxima eficiencia de las células solares de silicio que podemos encontrar en el mercado puede girar en torno al 23%; mientras que las células solares orgánicas actualmente pueden alcanzar el 18% de eficiencia en laboratorio. A su vez, se debe tener en cuenta la diferencia entre las eficiencias de las celdas individuales probadas en condiciones ideales de laboratorio y las eficiencias que se han demostrado para módulos más grandes. Las celdas individuales pueden tener una alta eficiencia, pero ensamblar varias celdas en para crear un panel solar requiere conexiones eléctricas adicionales que disminuirán la eficiencia.

• Mayor seguridad en la fabricación: la mayoría de las OSC de alto rendimiento se fabrican con solventes clorados; estos presentan riesgos tanto para la salud como para el medio ambiente. Para que los OSC sean una tecnología viable, el proceso de fabricación debe optimizarse para que sea más seguro y rentable.

• Menos vida útil: la vida útil de las células solares orgánicas es menor en comparación con las células solares tradicionales. Los productos orgánicos tienen una menor tolerancia ambiental que las células de silicio policristalino; es decir, les afecta más la humedad, la exposición al oxígeno y la luz solar. Un ejemplo gráfico de esto (salvando las distancias) podría ser el proceso de oxidación de determinadas frutas como la manzana o el aguacate. Un inconveniente al que ya se le está buscando solución eliminando una determinada molécula de la capa superior de la célula (llamada éster metílico del ácido fenil-C61-butírico o PCBM). Con esto se consigue que se reduzca el impacto que produce el oxígeno y el agua.

Futuro prometedor para las células solares orgánicas

La versatilidad de usos que ofrecen, capaz de llegar a donde no llegan los paneles solares de silicio, es uno de los elementos que permite mirar al futuro de las células solares orgánicas con optimismo. También el aumento reciente en la eficiencia de las células solares orgánicas al 18% y la investigación con OSC en tándem (que usan dos materiales que absorben distintas longitudes de onda de la luz solar) para capturar aún más energía. Algunos científicos tienen la esperanza de que este desarrollo pueda aumentar aún más la eficiencia de OSC, hasta alcanzar el 20%; pero, por el momento, esto no es posible.

Es por ello que la mayor parte de la investigación y desarrollo en células solares orgánicas se centra en mejorar el rendimiento del dispositivo en términos de eficiencia y la estabilidad a largo plazo. Estos dos aspectos son actualmente los elementos que impiden que la tecnología de células orgánicas salga al mercado.

Con las limitaciones actuales en la tecnología OSC, pueden pasar algunos años antes de que los paneles solares construidos con células solares orgánicas lleguen al mercado. Por lo tanto, si estás interesado en la energía solar, te recomendamos apostar por paneles solares de silicio, que ofrecen un retorno inigualable hasta el momento.

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