Celdas solares transparentes, tecnologías alternas para el uso de energía

Por Érika Rodríguez

Zacatecas, Zacatecas. 25 de junio de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Cuando lleguen a comercializarse, aparentarán ser vidrios o cristales comunes colocados en las ventanas de las casas, autos, pantallas de celulares, tablets o computadoras, en una mesa, un reloj u otros lugares, desapercibidas a simple vista, pero en realidad serían las celdas solares transparentes que servirían como fuente alterna de energía para brindar funcionamiento a los aparatos en donde fueran colocadas.

Hoy en día, diversos grupos de científicos a nivel mundial y nacional trabajan en el diseño y desarrollo de celdas solares transparentes. En el caso de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ), el doctor en ciencia e ingeniería de materiales José Juan Ortega Sigala trabaja en el perfeccionamiento de materiales semiconductores de ancho de banda amplio para, además de brindar la característica de la transparencia a una celda solar, que esta sea un medio para mejorar su eficiencia.

José Juan Ortega Sigala es docente investigador en la Unidad Académica de Física, es profesor con perfil del Programa para el Desarrollo Profesional Docente, para el Tipo Superior (Prodep) y candidato al Sistema Nacional de Investigadores (SNI) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Estudió su licenciatura en física en la Unidad Académica de Física de la UAZ, maestría en ciencias físicas y doctorado en el Instituto de Física de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP).

Actualmente, Ortega Sigala forma parte del Cuerpo Académico de Estudio Integral de Materiales Avanzados UAZ-140 y es responsable del Laboratorio de Crecimiento de Películas Delgadas por Sputtering de la UAF UAZ, donde cabe resaltar que los equipos de crecimiento y depósito de películas delgadas y José Juan Ortega Sigala.nanoestructuras que se utilizan son desarrollos tecnológicos construidos por los investigadores y estudiantes tesistas de licenciatura, maestría y doctorado que colaboran en el grupo.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cómo funciona una celda solar?

José Juan Ortega Sigala (JJOS): La estructura más simple de las celdas solares es la unión de dos materiales semiconductores que tienen la capacidad bajo ciertas condiciones de generar y conducir electricidad. La unión se hace con un material que tiene un exceso de electrones con los que realiza la conducción —conocido como semiconductor tipo N—. Otro de los materiales es semiconductor de tipo P, que tiene un déficit de electrones. Si vamos al concepto más básico de un material con carga eléctrica, sabemos que esta puede ser positiva o negativa. La de un material que tiene exceso de electrones es negativa, con un déficit de electrones es carga positiva. Cuando los juntas, se crea un campo eléctrico que permite a los electrones liberados por el efecto fotovoltaico viajar hasta alcanzar el contacto eléctrico, en donde estamos capturando el electrón para que se produzca la corriente en la celda solar.

AIC: ¿A qué se debe la posible transparencia de una celda solar?

JJOS: Para nosotros, un material transparente es aquel que al hacerle incidir luz, esta puede pasar a través de él sin interactuar. La radiación del espectro solar cae en tres regiones que son el infrarrojo, visible y ultravioleta, si una celda solar está compuesta por semiconductores transparentes, tiene esta característica porque en la región en la que nuestros ojos detectan la luz, que es la región del visible del espectro electromagnético, no absorbe la luz.

AIC: ¿Con qué materiales transparentes trabaja para la creación de estas celdas solares?

JJOS: Los materiales que trabajamos son óxidos semiconductores de ancho de banda amplio, características que evitan que interactúen con la luz en la región del visible —colores del arcoíris—, sino con la luz en la región del ultravioleta, que es la región de mayor energía de la radiación solar. Entonces, las celdas solares o las uniones con las que trabajamos, son uniones a base de óxido de zinc (ZnO), el cual es un óxido de uso común, tan común que la mayoría de las cremas solares están hechas con él gracias a su capacidad para absorber la luz en la región del ultravioleta. 

AIC: ¿Cuál es su propuesta para aumentar la eficiencia de la celda solar?

Entre los resultados de este proyecto, el doctor José Juan Ortega Sigala realizó una publicación científica en la revista Materials Letters, bajo el título de Ag-N dual acceptor doped p-type ZnO thin films by DC reactive magnetron co-sputtering, en su edición del 15 de octubre de 2016, disponible en este  link.

JJOS: Existen muchísimas maneras de aumentar la eficiencia en una celda solar, nuestra propuesta consiste en ampliar el rango en donde se puede absorber la radiación. Esta región del espectro comúnmente se da por perdida y no se aprovecha; nosotros estamos desarrollando desde la ciencia básica una celda solar transparente que absorba en esta región y que pueda ser adherida a una celda solar convencional para, de esta manera, aprovechar un poco más la energía que recibimos a partir de la radiación solar y con esto aumentar la eficiencia y conversión de una celda. Entonces, nuestro propósito es que la característica de la transparencia sea un medio para aumentar la eficiencia.

AIC: ¿Qué materiales utilizan para el aprovechamiento de este rango?

JJOS: Nosotros trabajamos con óxido de zinc impurificado. Por ejemplo, para mejorar el semiconductor tipo N, el material que nosotros utilizamos es óxido de zinc con aluminio (AZO), material que ya se utiliza en las celdas solares como contacto transparente. Y para el semiconductor tipo P, estamos utilizando una doble impurificación del óxido de zinc con plata y nitrógeno, este semiconductor es un material novedoso, el cual demostramos que posee una alta estabilidad eléctrica por lo que es viable para su utilización en este tipo de aplicaciones.

AIC: ¿Ya está patentado este proyecto?

JJOS: Este proyecto en 2017 ya fue registrado ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) para el trámite de su patente.

AIC: ¿Qué es lo que falta para que pueda ser comercializado?

JJOS: Nos falta presupuesto para continuar realizando pruebas y así mejorarlo y optimizarlo. Tenemos la esperanza de que en algún momento las políticas del país nos permitan más apoyo o facilidad para crear tecnología y reforzar la educación, ya que esto revolucionaría realmente en un impacto importante para la sociedad.

 

 

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