Energia solar: com es pot aprofitar el poder del sol, com es pot dissenyar una "plataforma solar"

El potencial de generació d'energia dels panells solars - i una limitació clau per al seu ús - és el resultat del que estan fets. Els panells de silici estan baixant de preu, de manera que en alguns llocs poden proporcionar electricitat que costa gairebé el mateix que l'energia procedent de combustibles fòssils com el carbó i el gas natural. Però els panells solars de silici també són voluminosos, rígids i fràgils, de manera que no es poden utilitzar enlloc.

En moltes parts del món que no tenen electricitat regular, els panells solars podrien proporcionar llum després de la foscor i l'energia per bombar aigua potable, ajudar a les petites empreses domèstiques o als pobles, o fins i tot servir de refugis d'emergència i de refugiats. Però la fragilitat mecànica, la pesada i les dificultats de transport de les plaques solars de silici suggereixen que el silici no és ideal.

A partir del treball dels altres, el meu grup de recerca treballa per desenvolupar panells solars flexibles, que siguin tan eficients com un panell de silici, però que siguin prims, lleugers i flexibles. Aquest tipus de dispositiu, que anomenem "lona solar", podria estendre's a la mida d’una habitació i generar electricitat a partir del sol, i es podria aplicar a la mida d’una toronja i farcida en una motxilla. tantes com 1.000 vegades sense trencar-se. Tot i que hi ha hagut alguns esforços per fer que les cèl·lules solars orgàniques siguin més flexibles, simplement fent-les ultra fines, la durabilitat real requereix una estructura molecular que faci que els panells solars estenguin i siguin durs.

Semiconductors de silici

El silici deriva de la sorra, la qual cosa el fa barat. I la forma en què els seus àtoms formen un material sòlid el converteixen en un bon semiconductor, el que significa que la seva conductivitat es pot activar i desactivar mitjançant camps elèctrics o llum. Com que és barat i útil, el silici és la base dels microxips i taulers de circuits en ordinadors, telèfons mòbils i bàsicament tots els altres components electrònics, que transmeten senyals elèctrics d'un component a un altre. El silici és també la clau per a la majoria dels panells solars, ja que pot convertir l'energia de la llum en càrregues positives i negatives. Aquestes càrregues flueixen als costats oposats d'una cèl·lula solar i es poden utilitzar com una bateria.

Però les seves propietats químiques també signifiquen que no es pot convertir en electrònica flexible. El silici no absorbeix la llum de manera molt eficient. Els fotons poden passar a través d’un panell de silici massa prim, per la qual cosa han de ser bastant gruixuts, al voltant de 100 microns, sobre el gruix d’un bitllet de dòlar, de manera que cap de la llum caigui.

Semiconductors de nova generació

Però els investigadors han trobat altres semiconductors que són molt millors per absorbir la llum. Un grup de materials, anomenats "perovskites", es pot utilitzar per fer que les cèl·lules solars siguin tan eficients com les de silici, però amb capes que absorbeixin la llum, que són del miler del gruix necessari amb el silici. Com a resultat, els investigadors treballen en la construcció de cèl·lules solars perovskites que puguin alimentar petites aeronaus no tripulades i altres dispositius on la reducció de pes és un factor clau.

El Premi Nobel de Química 2000 va ser adjudicat als investigadors que van descobrir que podien fer un altre tipus de semiconductor ultra-prim, anomenat polímer semiconductor. Aquest tipus de material es denomina "semiconductor orgànic", ja que es basa en el carboni i s'anomena "polímer" perquè consisteix en llargues cadenes de molècules orgàniques. Els semiconductors orgànics ja s’utilitzen comercialment, incloent-hi la indústria de milers de dòlars de mostra de díodes emissors de llum orgànics, més coneguda com a televisors OLED.

Els semiconductors de polímers no són tan eficients a l'hora de convertir la llum solar en electricitat com perovskites o silici, però són molt més flexibles i potencialment extraordinàriament duradores. Els polímers regulars, no els semiconductors, es troben a tot arreu en la vida diària. Són les molècules que componen el teixit, el plàstic i la pintura. Els semiconductors de polímers tenen el potencial de combinar les propietats electròniques de materials com el silici amb les propietats físiques del plàstic.

El millor dels dos mons: eficiència i durabilitat

Depenent de la seva estructura, els plàstics tenen una àmplia gamma de propietats, incloent-hi la flexibilitat, com amb una lona; i rigidesa, com els panells de carrosseria d'alguns automòbils. Els polímers semiconductors tenen estructures moleculars rígides i moltes estan formades per petits cristalls. Són claus per a les seves propietats electròniques, però tendeixen a fer-les fràgils, cosa que no és un atribut desitjable ni per a elements flexibles ni rígids.

El treball del meu grup s’ha centrat a identificar formes de crear materials amb bones propietats semiconductores i la durabilitat dels plàstics, ja siguin flexibles o no. Aquesta serà la clau per a la meva idea d’una capa o coberta solar, però també podria provocar materials de coberta, rajoles de sòls exteriors o, fins i tot, les superfícies de carreteres o places d’aparcament.

Aquest treball serà clau per aprofitar el poder de la llum del sol, ja que, al cap ia la fi, la llum del sol que colpeja la Terra en una hora conté més energia que tota la humanitat en un any.

Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Darren Lipomi. Llegiu l'article original aquí.