Ciencia

Ser un país tropical tiene sus ventajas: tenemos clima cálido durante casi todos los meses del año, podemos cultivar casi todo tipo de alimentos y recibimos abundante radiación solar. Esa ventaja de recibir sol todos los días ha enfocado el interés de investigadores en el desarrollo de dispositivos que aprovechen su luz y calor para generar energía limpia, es decir, que no genera contaminación. 

Las celdas solares son una prometedora tecnología que representa una reducción significativa del impacto ambiental de la generación de energía, pero tienen algunas debilidades: por el momento no son tan eficientes como otro tipo de energía, como la hidroeléctrica, que en la actualidad abastece a casi todas las ciudades del país; y, a pesar de nuestra disponibilidad del recurso solar, no están tan masivamente difundidas como otras fuentes de energía.

En la Universidad de Antioquia, el Centro de Investigación, Innovación y Desarrollo de Materiales, CIDEMAT, fabricó una celda solar fotovoltaica usando perovskita híbrida, un nuevo material fotoactivo que ha mostrado tener eficiencias similares a las del silicio, el más eficiente hasta el momento y usado tradicionalmente en celdas solares.  

A finales de 2016, el laboratorio de la línea de energía de CIDEMAT, liderada por el profesor Franklin Jaramillo, construyó un pequeño módulo solar de perovskita, con un área activa de 18 cm2 que permite impulsar un pequeño ventilador, logrando una eficiencia máxima del 12.5% (18.4% para subceldas de menor área), siendo el primer dispositivo creado con un área activa de ese tamaño y ese nivel de desempeño en Latinoamérica.

El profesor Jaramillo explica que “el mini módulo es la unión en serie-paralelo de subceldas de 2 centímetos cuadrados, que colecta la luz solar y, mediante un proceso de fotoconversión, genera una potencia que se puede aprovechar para generar un trabajo efectivo. Aunque aún nos falta mejorar varios aspectos, este módulo es el prototipo 1 para mostrar el concepto de lo que podemos hacer y de las capacidades en infraestructura y en capital humano con el que contamos”.

Recientemente se ha logrado avanzar en este sentido y ya se cuenta con un mini módulo de área activa de 50 centímetros cuadrados, que genera 5 voltios y 500 mW, más que suficiente para cargar un celular. 

A este tipo de dispositivos se les conoce como ‘de tercera generación’, por utilizar materiales nanoestructurados. Están compuestos típicamente de unas 5 películas muy delgadas (menores a 100 nanómetros de espesor), compuestas de nanopartículas, electrodo transparente conductor y un sustrato de vidrio o plástico de menos de un milímetro. En este caso en particular se incluyeron subproductos de la industria minera regional permitiendo desarrollar nuevos materiales y tintas semiconductoras.

La tecnología tiene potencial para abastecer de energía a viviendas, escuelas, y otras edificaciones en zonas no interconectadas a la red eléctrica, que constituyen cerca del 50% del territorio nacional. Además, dada la baja complejidad en su obtención y la posibilidad de fabricar estas celdas sobre sustratos flexibles, podría integrase a ventanas, fachadas, vehículos e incluso a la ropa que usamos en el día a día, para abastecer de energía dispositivos electrónicos.
 
No obstante, dado que se trata de una tecnología reciente, aún hay varios retos por resolver, como lograr mayor estabilidad del dispositivo solar en condiciones de alta humedad y escalamiento de la tecnología para fabricación en continuo. “Seguimos buscando mayor eficiencia a mayor escala, mayor aprovechamiento del área disponible aumentando el área activa; esto nos permitirá aumentar los valores de potencia para proponer la carga de dispositivos electrónicos portables. Por otro lado, el mejoramiento de estabilidad a largo plazo es también un tema en el que estamos trabajando”, comenta Franklin Jaramillo.

Este proyecto fue financiado con recursos del Fondo Ciencia, Tecnología e Innovación del Sistema General de Regalías operados por la Gobernación de Antioquia, y participaron, además de la UdeA, EPM, Andercol, Sumicol y Ruta N. “Los aliados del proyecto han sido fundamentales para lograr este desarrollo; sin la confianza y el compromiso que han mostrado habría sido imposible. Esto demuestra que sí es posible realizar proyectos con pertinencia y muy aplicados, apoyados por la industria y el estado”, asegura el profesor. El proyecto ha permitido publicar más de 10 artículos internacionales, aplicar a cuatro patentes provisionales y consolidar cooperaciones con algunas de las mejores universidades del mundo.