Como es sabido la fabricación de células fotovoltaicas emplea silicio que aunque es el material más abundante en la corteza terrestre precisa un procesamiento para alcanzar la pureza necesaria para las células solares (mayor del 90%) que lo encarece. Por ello los fabricantes han empleado siempre los restos de silicio que la potente industria electrónica despreciaba. La energía fotovoltaica tiene cada vez una mayor demanda y se espera que junto con otras [1] energías renovables consiga sustituir a las energías de origen fósil. Para alcanzar esto la industria fotovoltaica se encuentra ante el reto de buscar sus propios suministros de silicio y por ahora se considera una energía excesivamente cara. Alternativamente a las células fotovoltaicas de silicio se ha trabajado con otros semiconductores que por ahora son aún más caras. Una tercera posibilidad se esta actualmente estudiando. Son las llamadas células solares de colorantes que tienen ciertas ventajas como son la flexibilidad y el precio (pues están hechas de óxido de titanio, un electrolito orgánico y colorantes que permite absorber los fotones de la radiación electromagnética sin emplear semiconductores de gap estrecho que suelen sufrir una gran fotocorrosión).
Estas dos cualidades sitúan a este tipo de células en una gran ventaja frente a las células convencionales que carecen de dichas propiedades.
El principal problema de estas células es que no se han alcanzado grandes rendimientos.
Para mejorar este rendimiento la investigación trata de mejorar la captación y el transporte de los electrones.
Estas [2] células consisten en un óxido como el de titanio que es recubierto por un colorante que le hace sensible a la radiación solar. Para mejorar esta absorción y posterior transporte de los electrones generados por los fotones se están utilizando estructuras nanocristalinas que aumenten el área de absorción y aumentando la corriente generada.
Básicamente consisten en un óxido disuelto en un electrolito donde encontramos pares de iones que dan lugar a una reacción redox. Es decir iones que se oxidan dando otros iones y estos se reducen regenerando el primer ión.
Este óxido que suele ser estable frente a la corrosión (gap alto) y barato como el debe ser recubierto por un colorante que capte los fotones solares.
El colorante se oxida (cede un electrón) al captar el fotón y este electrón es inyectado en el óxido que debido a sus buenas propiedades de transporte es recogido en un substrato conductor. Por otro lado el colorante se regenerá ganando un electrón de uno de los iones redox disuelto en el electrodo. Este ión se oxida y el resultado es otro ión que se reducirá regenerando todas las moléculas participantes en el proceso al ganar el electrón que se ha recogido en el óxido y circulado por un circuito, generando una corriente.
Se preguntarán que tiene que ver esto con la nanotecnología.
Pues resulta que el recubrimiento de colorante se realiza por quimiabsorción, fenómeno superficial que se mayor cuanto mayor es la superficie del óxido.
Como el óxido tiene que estar embebido en el electrolito para que haya la máxima interfase óxido-electrolito, podemos mejorar esto con nanoestructuras como nanohilos o nanotubos que aumentan la captación solar. Además estas [3] estructuras aventajan a las partículas porosas de tamaño nanométrico en que sus propiedades de conducción son mucho mejores. Algo muy importante para mejorar la extracción de los electrones creados y evitar la recombinación.A continuación vemos algunas fotos de la estructura de dicha [4] célula: