Nanotecnología

Estas células solares nanocristalinas o nanoestructuradas de colorante, se construyen a partir de suspensiones coloidales de un óxido de amplio ancho de banda prohibida (TiO₂, ZnO) que actúa como conductor electrónico, un pigmento orgánico u órgano-metálico sensible para absorber la luz del sol (análogo a la clorofila en la fotosíntesis), y un electrolito (LiI e I₂ en un disolvente orgánico) que contiene un par redox (I₃ /I-) y que permite el transporte de huecos.

El mecanismo de funcionamiento es muy sencillo: cuando se produce la fotoexcitación del pigmento, éste inyecta un electrón a la banda de conducción del TiO₂, y posteriormente el pigmento oxidado se regenera por transferencia electrónica desde iones I^– en la disolución. Los iones I₃^– formados en este proceso difunden al electrodo recubierto de platino, donde se les reduce rápidamente a I^–. Mientras el pigmento permanezca estable, la secuencia de etapas se desarrolla sin cambio químico neto, es decir, se trata de una célula regenerativa. Bajo iluminación, el semiconductor de TiO₂ contiene una única clase de especie fotogenerada, los electrones inyectados por el pigmento, mientras que los huecos realizan el transporte de carga positiva en la fase líquida.

De esta manera estas células son capaces de convertir la luz en electricidad con una eficiencia de más del 11%, utilizando mecanismos de transferencia electrónica similares a los que ocurren durante la fotosíntesis en las plantas.

Además, las células grätzel presentan una serie de ventajas frente a las células fotovoltaicas convencionales: por un lado, su tamaño ínfimo permitiría proyectarlas en un spray (compuesto por un baño de polímeros) generando un revestimiento de células solares nanocristalinas que se emplearía para cubrir los techos de acero de almacenes, fábricas, y otros edificios, convirtiéndolos en auténticos paneles solares.

Por otro lado, su fabricación es de bajo coste, pues carecen de silicio, un producto caro. Actualmente, la mayoría de las células fotovoltaicas son de silicio monocristalino de gran pureza, material que se obtiene a partir de arena. Sin embargo, su purificación es un proceso muy costoso.

Des esta manera se podría conseguir que la energía solar se convierta en una alternativa barata y factible.

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 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 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. Leer más »