Vemos vidrio en todas partes, desde edificios de gran altura hasta grandes tragaluces que se instalan en las renovaciones de nuestras casas. Ahora, ¿no sería genial si estos cristales de las ventanas no funcionaran solo para permitir que entre luz en nuestras habitaciones, sino también para generar la energía necesaria para alimentar todo el interior?
Las empresas de tecnología solar están tomando medidas para transformar el panorama mundial de la energía solar para que esto sea una realidad. Estas tecnologías prometedoras, ya se encuentran en etapas avanzadas de desarrollo, que podrían llegar al mercado pronto.
Con esta innovación solar, no solo podremos utilizar paneles solares y paneles de techo para obtener energía del sol, sino también en desde nuestra ventanas cotidianas.
Imagina cuánta energía podría generar potencialmente un edificio de gran altura desde las ventanas construidas con células solares de arriba a abajo.
La energía solar está evolucionando y formará parte de nuestra vidas
La energía solar desempeña un papel cada vez más importante en la reducción de las emisiones globales de gases de efecto invernadero a medida que las innovaciones continúan aumentando la eficiencia de la tecnología.
Los paneles solares han revolucionado la forma en que producimos y consumimos electricidad. Al colocarlos en campos de cultivo, paredes y techos de los hogares y de las empresas, sin duda no solo estamos colaborando con el medio ambiente si no que al generar nuestra propia energía reducimos nuestro gasto, e incluso podemos venderla a las redes eléctricas cercanas cuando su suministro supera su consumo.
Están gestándose nuevas formas de aprovechar esta energía gracias a la innovación en nuevos materiales. Los científicos de materiales han estado explorando recientemente cómo se podrían hacer los paneles solares para que se mezclen con su entorno haciéndolos más transparentes.
Si se logra, los dispositivos de recolección de energía podrían colocarse discretamente en la parte superior de las ventanas, pantallas de visualización o incluso en la piel humana, lo que ampliaría aún más el alcance de la tecnología.
Al aprovechar las propiedades únicas de los materiales sólidos avanzados, los ingenieros han avanzado hacia los paneles solares transparentes. Pero por ahora, incluso los diseños más recientes permiten que pase menos del 70 % de la luz entrante, lo que no es suficiente para que los dispositivos se mezclen con su entorno.
En los últimos años, los costos de la generación de energía solar se han reducido significativamente, y este recurso de generación de energía renovable no solo es amigable con el medio ambiente sino también con el bolsillo. Los diseñadores e ingenieros ahora están trabajando en la siguiente fase, en la que estos paneles se pueden integrar en las ventanas regulares, y para hacerlo necesitan que los paneles sean transparentes, lo cual es un gran desafío.
Paneles solares transparentes, la gran revolución
El diseño actual de los paneles solares utiliza la opacidad de la célula solar para capturar la mayor cantidad de energía posible, que luego se utiliza para convertirla en electricidad. A medida que se reduce la opacidad del panel, la eficiencia de conversión de energía también cae. Sin embargo, las empresas están innovando para mantener los paneles transparentes y seguir obteniendo una energía considerable de ellos.
➡️El nuevo diseño
Un equipo de investigadores en Japón ahora ha dado pasos prometedores para resolver este problema de transparencia. Dirigido por Toshiaki Kato en la Universidad de Tohoku, el diseño innovador del equipo funciona mediante la explotación de interacciones complejas entre materiales ultrafinos.
La nueva configuración se basa en un material conductor llamado óxido de indio y estaño (ITO), que es transparente e incoloro. Para fabricar su celda solar, el equipo de Kato expuso un electrodo ITO a un vapor de disulfuro de tungsteno (WS 2). En las condiciones adecuadas, el vapor depositó una capa de WS 2 del espesor de un átomo sobre la superficie de ITO, que actúa como un semiconductor.
Al recubrir el ITO con una selección cuidadosamente seleccionada de metales finos y colocar una capa aislante entre el ITO y el WS 2, los investigadores pudieron controlar con precisión la “barrera de contacto” entre los dos materiales. Esta barrera describe la energía que los electrones necesitan ganar para pasar de un material a otro.
En este caso, los electrones en la capa WS 2 cruzan la barrera de contacto a medida que absorben los fotones entrantes y saltan entre las dos “bandas de energía” del semiconductor, convirtiendo el material de un aislante a un conductor.
En el proceso, el electrón deja atrás un “agujero” con carga positiva en el semiconductor antes de derramarse hacia el electrodo conductor ITO. Esto genera un voltaje entre ambos portadores de carga, lo que permite recolectar energía eléctrica del panel solar.
➡️Eficiencia y transparencia
Con su enfoque de fabricación, el equipo de Kato elevó drásticamente la altura de la barrera de contacto en comparación con los diseños anteriores. Esto aumentó considerablemente el voltaje entre los electrones en el ITO y los agujeros que dejaron en el semiconductor.
A su vez, su alteración hizo que el dispositivo fuera 1000 veces más eficaz para convertir la luz entrante en energía eléctrica que las células solares basadas en ITO existentes. De todos modos, la elección de materiales del equipo fue mucho más transparente que los diseños anteriores: permitió que alrededor del 79% de la luz entrante pasara directamente.
Después de esta demostración, Kato y sus colegas exploraron cómo se podría fabricar su celda solar a mayor escala, manteniendo su alta eficiencia.
En celdas solares anteriores basadas en ITO, la expansión del área de la superficie del material condujo a una caída en el voltaje entre los pares electrón-hueco que generaba. Esto redujo su capacidad para convertir la luz en electricidad. Pero ajustando cuidadosamente la disposición de las conexiones eléctricas en su diseño, los investigadores demostraron que se podía mantener un alto rendimiento en células solares de hasta 1 cm 2 de área.
Células solares transparentes
Después de haber demostrado un salto tan drástico tanto en transparencia como en eficiencia en comparación con diseños anteriores, esta nueva tecnología podría ser un importante paso adelante en los esfuerzos por integrar los paneles solares en una gama más amplia de tecnologías existentes, ocultándolos a simple vista, esencialmente.
Si el material está más disponible comercialmente en el futuro, el equipo de Kato cree que algún día podría permitir que una amplia gama de dispositivos electrónicos recolecte la abundante energía del Sol, sin necesidad de conectarlos a una red o fuente de alimentación externa.
¿Cómo generan energía los paneles solares transparentes?
Una de las formas de generar energía solar a partir de una ventana transparente es insertar una capa de material absorbente de luz entre dos paneles de vidrio. UbiQD, una empresa con sede en Los Álamos, lo llama tecnología de puntos cuánticos, donde la capa absorbe la energía solar y la refleja internamente hacia los bordes donde se puede generar electricidad.
Otra forma de hacerlo es poner una capa de revestimiento transparente en la ventana que pueda absorber la energía solar. Ubiquitous Power, una empresa con sede en Redwood City utiliza este enfoque y afirma que aprovecha los espectros infrarrojo y ultravioleta de la luz solar para producir electricidad mientras deja pasar el espectro visible.
Los productos de ambas empresas se han instalado a modo de prueba en muchos sitios y ahora están más cerca de la producción. Esto significaría que llegado 2023; prácticamente puede ordenarlos para las necesidades de su hogar u oficina y aprovechar la abundancia de energía solar sin tener que instalar paneles solares voluminosos.
Los paneles solares transparentes pronto podrían convertir las ventanas en recolectores de energía
Las ventanas de celdas solares tienen el potencial de convertirse en una tecnología no intrusiva que podría ampliarse en una variedad de aplicaciones comerciales e industriales, desde dispositivos portátiles hasta rascacielos. Sin embargo, esta es una visión para el futuro, ya que el concepto de las ventanas solares transparentes aún no está listo para la producción comercial masiva.
