Materiales extraordinarios para aplicaciones fotovoltáicas

Por Ricardo Capilla Vilchis

Ciudad de México. 20 de noviembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- El aprovechamiento de la energía solar resulta una alternativa excelente a la creciente problemática mundial de contaminación por la enorme demanda energética. La luz del Sol, además de proveernos de luz visible y calor, puede ser aprovechada para la obtención de electricidad a través de celdas fotovoltaicas.

Las celdas fotovoltaicas son dispositivos encargados de captar la luz y convertirla en electricidad. Tienen la gran ventaja de no producir contaminantes, además de que se pueden utilizar en cualquier lugar del mundo en donde lleguen los rayos del Sol.

En meses pasados, la revista Physical Review Letters (catalogada como una de las mejores revistas de Física en el mundo), publicó los resultados de la investigación titulada Efectos Fotovoltaicos Grandes y Polarización Espontánea en Monocalcogenuros de una Sola Capa, en la cual participó el doctor Bernardo Mendoza Santoyo, investigador titular “D” del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), perteneciente a los centros públicos de investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

Dicha investigación estuvo enfocada a encontrar materiales novedosos con la capacidad de absorber luz solar y producir corrientes eléctricas mucho más grandes a las producidas actualmente por celdas solares construidas con materiales convencionales como el silicio (Si).

En la investigación se hicieron cálculos teóricos de algunos efectos relacionados con la absorción de luz y la producción de corriente eléctrica. Según datos del investigador, al comparar los resultados obtenidos en los estudios con los materiales que actualmente se investigan, la capa de tan solo 2.6 Angstroms de espesor del calcogenuro de monosulfuro de germanio (GeS) produce una corriente eléctrica que es dos ordenes de magnitud más grande, y es similar a la de las celdas solares basadas en silicio que constituyen el estado del arte, y por ende son aun muy caras de producir.

Las celdas fotovoltaicas que se encuentran disponibles comercialmente están hechas de silicio (Si), logrando alcanzar eficiencias de entre 17 y 20 por ciento, mientras que las celdas de alta calidad usadas en los satélites y en la Estación Espacial Internacional, llegan a aprovechar entre un 70 y un 80 por ciento de luz, pero son extremadamente caras y complicadas de producir.

“Lo que hicimos fue estudiar un material bidimensional compuesto por dos átomos en la dirección del grosor del material, a diferencia del silicio, que se compone de millones de átomos en su grosor. Investigamos teóricamente monocapas de los y calcogenuros GeS, GeSe, SnS y SnSe compuestos que, si se combinan correctamente, dan estructuras bidimensionales”, explicó el investigador, miembro nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

El siguiente paso en la investigación es construir estas celdas fotovoltaicas utilizando los resultados obtenidos de cálculos teóricos. “La teoría que hacemos es suficientemente precisa, ya que está basada en mecánica cuántica, por lo que nuestras predicciones cualitativamente son correctas, y cuantitativamente pueden estar muy cerca de ser correctas”.

Las celdas fotovoltaicas tienen la gran ventaja de no producir contaminantes, además de que se pueden utilizar en cualquier lugar del mundo en donde lleguen los rayos del Sol. “Kilowatt que produces por absorción de luz solar es un kilowatt que tienes que dejar de producir por otros medios, particularmente los que queman hidrocarburos, que son altamente contaminantes, o los nucleares que tiene un grado muy alto de ser letales en caso de mal funcionamiento de las plantas eléctricas que los utilizan. En principio, si la electricidad que utilizamos tuviese como fuente el sol, dejaríamos de contaminar la atmósfera de la tierra ”, puntualizó Mendoza Santoyo.

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