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Celdas solares orgánicas: ligeras, flexibles y rentables; una alternativa de energía renovable para México

Celdas solares orgánicas:  ligeras, flexibles y rentables; una alternativa de energía renovable para México

Jonatan Rodríguez Rea y Marisol Güizado-Rodríguez

Jonatan es Ingeniero Químico egresado de la FCQeI de la UAEM, es Maestro en Ingeniería y Ciencias Aplicadas y actualmente estudia el doctorado en Ingeniería y Ciencias Aplicadas en el CIICAp-IICBA de la misma universidad, con una tesis relacionada con el desarrollo de polímeros donador-aceptor para su evaluación en celdas solares orgánicas.

Marisol Güizado Rodríguez es doctora en Ciencias con especialidad en Ciencias Químicas egresada del CINVESTAV-IPN, trabaja en el CIICAp-IICBA de la UAEM, es miembro del Sistema Nacional de Investigadores nivel II, tiene un grupo de investigación “Química de Nuevos Materiales”, en el que se desarrolla la línea de investigación: Desarrollo de nuevos polímeros orgánicos para aplicaciones optoelectrónicas (por ejemplo, celdas solares orgánicas) y sensores.

El mundo ha cambiado gracias al gran avance tecnológico de las últimas décadas. Por ejemplo, es una maravilla poder disfrutar de la inteligencia artificial, o que con una simple búsqueda en los dispositivos electrónicos podamos tener acceso a cualquier información. El incremento de la población y el deseo a tener más comodidades en la vida diaria han provocado un aumento en la demanda energética industrial y doméstica. Lo anterior, se ve reflejado en la disminución de las reservas de las fuentes de energía no renovables tales como petróleo y gas natural con las que todos estamos familiarizados. También se ha provocado un deterioro del medio ambiente, contaminación excesiva de la atmósfera y calentamiento global que repercuten en el cambio climático que cada día es más notorio. Por ello, la comunidad científica y la industria se han enfocado en encontrar nuevas tecnologías que produzcan energía de manera rentable, renovable (inagotable), a bajo costo y amigable con el medio ambiente.

¿La energía solar es una alternativa viable?

Ante tal necesidad han surgido diferentes formas de generar energía limpia, entre las cuales figuran la energía eólica, que a partir de una especie de “molinos de viento” conocidos como aerogeneradores, aprovechan la energía del viento para generar corriente eléctrica. Otros ejemplos de energías limpias son la mareomotriz (aprovecha la energía de las mareas) y geotérmica (aprovecha el calor del interior de la tierra). También se tiene muy claro que la energía solar puede ser aprovechada de distintas formas y cumplir con los requisitos ya mencionados, sin embargo, la transformación de la luz solar en energía eléctrica continúa siendo un nicho de investigación crucial en las últimas décadas. Según la CONAGUA, México goza de una situación privilegiada en cuanto a irradiación solar con un promedio anual de 5.3 kilowatts-hora por metro cuadrado en un día (Figura 1). Para hacernos ver el inmenso tesoro que tenemos frente a nuestros ojos, podemos comparar la irradiación solar que percibe Alemania (país líder en usar energía solar), esta es de 1.2 kilowatts-hora por metro cuadrado, es decir nuestro país capta más de 4 veces energía solar que Alemania, lo que nos convierte en una nación potencialmente fuerte para aprovechar el regalo que nos da el sol cada día. En México hay conciencia al respecto, de hecho, en el Plan Nacional de Desarrollo se ha establecido como objetivo alcanzar el 35 % de energías renovables para el 2024, donde la energía solar es altamente representativa.

 

Figura 1. Kilowatts hora por metro cuadrado que recibe México durante un día. Tomada de http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Contenido/Documentos/presentacion1.pdf

Reinventando las celdas solares usando otros materiales

Las celdas solares también llamadas celdas fotovoltaicas, son parte de las tecnologías que cumplen con los requerimientos deseados, puesto que captan la radiación solar y la transforman en electricidad, considerando al sol como una fuente inagotable de energía. En la actualidad las celdas solares basadas en materiales inorgánicos tales como el silicio poseen el mayor desarrollo tecnológico para la conversión de energía solar en corriente eléctrica. Aunque esta tecnología ha sido bastante útil, también presenta una gran limitante al momento de abastecer a la población dado que se necesitan altos costos de fabricación además de que al terminar su vida útil se convierten en desechos que no necesitamos. En la actualidad este tipo de celdas solares son las que se encuentran en los hogares, empresas o en la mayoría de los lugares donde se cuenta con el aprovechamiento de la energía del sol para generar electricidad. Como una alternativa se han diseñado dispositivos fotovoltaicos con una o más capas de materiales orgánicos, es decir compuestos a base de carbono; los cuales además presentan ventajas tales como: semi-transparencia, flexibles, ligeras, portátiles, bajo impacto ambiental, fácil integración en otros productos y costos de fabricación significativamente menores en comparación con tecnologías inorgánicas. A estos dispositivos se les conoce como celdas solares orgánicas (Figura 2).