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 El desarrollo de celdas solares haciendo uso de  pigmentos y tintes, que por sus propiedades y procesos dentro de la celda solar  llegan a generar energía eléctrica,  resultan  ser una alternativa muy prometedora en el área de energía solar.

 

El uso de energías limpias ha tenido una gran aceptación en los últimos años, pero el reto que hoy afrontan los científicos, es el de obtener energía lo más ecológicas posible, de bajos costos y de disponibilidad ilimitada.

 

En cuanto a la energía solar fotovoltaica se refiere,  las celdas tradicionales están   hechas generalmente  de silicio. Cuando estos acaban su ciclo de vida, el silicio resulta ser el principal problema, debido a que es un peligro  para el medio ambiente y en especial para los seres humanos, es así que algunos  países han incorporado instalaciones de reciclaje de paneles, pero implica mayores costos, lo que lo hace no tan aplicable,  debido a los intereses económicos. Este es uno principal problema  con respeto a la utilización  de paneles solares de silicio.

 

Actualmente se están desarrollando “celdas solares con pigmentos”, que  no involucran silicio u otro similar, en cambio utilizan compuestos  orgánicos, que absorben  luz para luego ser convertida en energía eléctrica.

 

Estas son llamadas “celdas sensibilizadas por colorantes” o DSSC (en inglés, Dye-sensitized solar cells),  usan tintes o pigmento de diversos tipos, que absorben la luz en ciertas longitudes de onda, esto depende del color del tinte, además la estructura de la celda  implica el uso vidrios conductores transparentes (por lo general contienen estaño dentro del mismo),  oxido de titanio (o zinc o estaño)  y un agente redox o electrolito.

 

La capa de pigmento absorbe la luz, posteriormente dona los electrones excitados al dióxido de titanio (que es un semiconductor), después es conducido hacia el electrodo (vidrio conductor), posteriormente pasa hacia el contralectrodo (el otro vidrio), que se encuentra impregnado por el electrolito (por lo general yodo), este se encarga de devolver al pigmento los electrones cedidos anteriormente. Todo este circuido de electrones genera una corriente eléctrica. (ver Figura 1.)

 

Figura-1, Funcionamiento de una celda solar sensibilizada por tinte

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Fuente: http://pubs.rsc.org

Existen proyectos de investigación con el fin de encontrar pigmentos adecuados  que lleguen a producir una alta cantidad de energía eléctrica, estos  deben de tener las siguientes características:

  • Ser altamente fotosensibles, es decir  tener un alto nivel de excitación
  • Deben de absolver las mayores de longitud de onda de luz
  • Su estado de oxidación debe de coincidir con el potencial Redox del electrolito
  • Deben de ser fotoestables, es decir no degradarse a causa del calor y del sol.

 

Los pigmentos que se usan pueden ser naturales o artificiales, entre ellos las antocianinas (son las más estudiadas y de mayor interés), carotenoides, flavonoides,  porfirinas, etc.

 

La eficiencia de este tipo de celdas en promedio es 10%, en algunos casos  se han obtenido eficiencias mayores.  Actualmente se están investigando formas de incrementar la misma, buscando pigmentos (o moléculas) que tengan un alto rendimiento, para que así estas celdas puedan realmente competir con las celdas de silicio que tiene 20 a 30% de eficiencia.

 

En algunos casos, se realizaron celdas solares, con varios capas de tintes, que deben de ser inmiscibles entre sí, no deben de reaccionar,  ni cambiar su estructura,  ya que  el rendimiento seria bajo, este tipo de celdas  absorben  muchas más longitudes de onda, debido a la variedad de capas que se usa y son más eficientes.

 

Al igual que estas celdas, se están desarrollando otros tipos no convencionales, como ser las “celdas semitransparentes orgánicas solares”, que podrían usarse en ventanas, techos de invernaderos u otros.

 

Esta relativamente nueva área de estudio,  se encuentra desarrollándose a pasos cada vez más grandes,  prometiendo resultados muy positivos a largo plazo, debido a sus  bajos costos, su aspecto ecológico (ya que la energía de producción es mucho menor que las celdas de silicio), su alta aplicabilidad  y otros factores que lo hacen una gran alternativa para la obtención de energía limpia.

 

REFERENCIAS

Centro de Investigación en electroquímica y energía química (Costa Rica). Década probable [201-?]. <http://www.celeq.ucr.ac.cr/investigacion/proyectos-vigentes/35-celdas-solares>

CRUZ Cruz, Ricardo M. Calibración de Técnicas de Deposición de Películas Finas Para la Fabricación de Celdas Solares Orgánicas Nanoestructuradas.  Tesis (Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones).  Sangolquí, Ecuador: Universidad de las Fuerzas Armadas, 2016.  96 p.

Disponible en: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/12247/1/T-ESPE-053496.pdf

REYES Lemus, Jesús A.  Colorantes orgánicos de origen natural utilizados como sensibilizadores de celdas solares [en línea].  Tesis (Magíster en Ciencias Química).  Bogota, Colombia: Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, 2014.  68 p.

Disponible en:

 http://www.bdigital.unal.edu.co/50614/1/jesusarturoreyeslemus.2014.pdf

ScienceDaily. National Institute for Materials Science. 13 de Marzo 2017.                 < www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170313110632.htm  >

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