POR:Ernesto Murguía|FOTO:Héctor Segovia
Comenzó en 2003. Las celdas solares orgánicas (u OPVs, por sus siglas en inglés) prometen un aprovechamiento de la energía provista por la estrella más cercana a la Tierra. Platicamos con el doctor José Luis Maldonado, experto en este tema.

Se trata de un desafío y una oportunidad para la ciencia mexicana, que vislumbra en el horizonte la posibilidad de convertir a México en un país líder en el uso de esta nueva forma de producir energía limpia y sustentable.

Antecedentes

El desarrollo de las primeras celdas solares de silicio comenzó en los años 50; hoy es una tecnología madura. Sin embargo, debido a sus características, resulta todavía costosa; las celdas son pesadas, no son transparentes ni flexibles y requieren de equipo e instalaciones especiales. Es en este contexto donde entran en escena las nuevas celdas solares orgánicas. “El silicio es un elemento químico abundante en la corteza terrestre”, explica el doctor José Luis Maldonado, científico del Centro de Investigaciones en Óptica, con sede en León, Guanajuato.

“Se trata de un material inorgánico, en el sentido de que no contiene átomos de carbono: el silicio es puro silicio. Por el contrario, los materiales empleados en las nuevas celdas solares orgánicas son sintetizados en laboratorio y sus estructuras químicas contienen, entre otros, átomos de carbono, oxígeno y nitrógeno”. El especialista explica que a esta área también se le llama “tecnología plástica”, porque usa cadenas conocidas como polímeros (cuyo empleo se aplica a la producción de plásticos, adhesivos, fibras y recubrimientos). “Esa es la diferencia entre la tecnología de silicio y la tecnología de celdas solares orgánicas. Aunque, en el fondo, estos materiales hacen lo mismo: absorben energía solar, radiación visible e infrarroja, principalmente, y la transforman en energía eléctrica; las posibilidades de uso son radicalmente distintas”.

Energía ligera

La tecnología emergente de celdas orgánicas promete ser ligera y plegable, apta para usarse en carpas para fiestas, tiendas de campaña, mochilas e incluso en la ropa misma. Estas celdas podrían ser transparentes y utilizarse también en las ventanas de edificios, fábricas y casas. En un principio, el objetivo es alimentar eléctricamente dispositivos como celulares, tabletas, electrodomésticos o sistemas de iluminación. “Esto no quiere decir que vayan a desaparecer las celdas de silicio”, aclara Maldonado. “Más bien sería una tecnología complementaria, cada una con sus nichos de aplicación y cada una con sus ventajas y desventajas”.

El especialista aclara también que las celdas solares orgánicas se encuentran bajo intensa investigación, pero su uso aún no es comercial ni se encuentran en el mercado. Uno de los motivos es que existen todavía diferencias entre la capacidad de las celdas de silicio y los actuales prototipos de celdas orgánicas. En el caso de las celdas basadas en silicio, su tiempo de vida es de unos 20 años, prácticamente sin mantenimiento alguno. A nivel laboratorio, convierten el 20% de la totalidad de luz solar que reciben en energía eléctrica; el 15%, a nivel comercial. Para comprender estos porcentajes, Maldonado utiliza como ejemplo el uso del automóvil, cuyo motor de combustión tiene una eficiencia de conversión de 14% aproximadamente. Es decir, de toda la gasolina quemada, sólo una séptima parte se transforma en movimiento, todo lo demás se pierde en calor no utilizado. “Es energía desperdiciada y, sin embargo, con esta eficiencia de conversión usamos masivamente el automóvil. Entonces, si tienes 20% a nivel laboratorio y un 15 % a nivel comercial… ¡es excelente!”. Por su parte, las celdas orgánicas están lejos de la durabilidad del silicio y tienen actualmente una eficiencia de conversión de 11% a nivel laboratorio. El problema es que, cuando se escalan para hacer prototipos más grandes, esta eficiencia disminuye hasta llegar a menos del 5%. Pero son mucho más baratas (tanto, que en un futuro podrían ser hasta desechables) y ahí radica una de sus mayores virtudes, en especial si consideramos que, a pesar de que los costos van a la baja, la energía producida en celdas de silicio es todavía tres o cuatro veces más costosa que la generada con métodos tradicionales, como la energía hidroeléctrica o el uso de hidrocarburos.

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A nivel laboratorio, en México, hemos logrado alrededor del 8% de conversión energética en páneles solares orgánicos. Clic para tuitear

Futuro luminoso

Científicos de todo el mundo trabajan para dar solución a los tres grandes retos relacionados con el uso de celdas solares orgánicas: incrementar la eficiencia tanto como sea posible; aumentar su tiempo de vida para que sea comercialmente redituable; lograr un escalamiento óptimo (que cuando se produzcan a nivel industrial no se caiga la eficiencia). Los investigadores nacionales se encuentran también en busca de respuestas. “En México hemos logrado alrededor del 8% de conversión energética, que no está nada mal a nivel laboratorio, y se están haciendo esfuerzos por crear prototipos en paneles solares orgánicos que ya enciendan pequeños leds, pequeños motores”.

Maldonado enfatiza la importancia del trabajo multidisciplinario entre los diferentes grupos académicos y científicos, ya que, a diferencia de las celdas solares de silicio, en donde ya perdimos la carrera (no se entró a tiempo a la investigación y desarrollo de esa tecnología), las celdas solares orgánicas ofrecen a los mexicanos la posibilidad de incidir directamente en el futuro y, además, cumplir con uno de los objetivos que el Plan Nacional de Desarrollo tiene contemplado para el año 2035: generar al menos el 25% de su energía a través de recursos renovables.

“El gobierno mexicano ha puesto mucho énfasis en esta situación. Hoy en día ya se genera entre 12% y 14% de energía distinta a la producida con hidrocarburos. Y la Secretaría de Energía (Sener), apoyándose en el CONACyT, está ofreciendo respaldos importantes”. Un ejemplo es el apuntalamiento económico que el Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM) del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), una de las organizaciones líderes en estudios de materiales orgánicos aplicados en dispositivos, particularmente en celdas, ha estado recibiendo a través de diversos proyectos energéticos. “Hace cuatro años nos aprobaron un proyecto por una cantidad de casi 9 millones de pesos, que, para esas fechas, era un mega proyecto. Y en 2013, la Sener aprobó el Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (CEMIE-Sol), un proyecto nacional donde participan cerca de 40 instituciones y que contó con un presupuesto inicial de 453 millones”. Recientemente, a través de un proyecto conjunto con la UNAM, la UAM, el Cinvestav y el CIO, la Sener impulsó otro proyecto sobre energía y celdas por casi 39 millones de pesos.

Para concluir, Maldonado recuerda cómo en los años 90 existía una fiebre internacional, tanto en la academia como en la industria, relacionada con los Dispositivos Orgánicos de Electroluminiscencia (OLED, por sus siglas en inglés). Hoy en día, ya contamos con pantallas ópticas con esta tecnología, que están dejando atrás el uso de la tecnología LCD (Pantallas de Cristales Líquidos). “Las celdas solares orgánicas están en ese punto. Hay una investigación científica muy intensa, también mucha cooperación entre diferentes especialistas (físicos, químicos, ingenieros) por el potencial tecnológico y económico que representan. Los mexicanos debemos ponernos las pilas, unirnos y trabajar más en equipo. No puedo afirmar con certeza que esto vaya a ser una realidad, pero es altamente probable que, en algunos años, esta tecnología vea la luz y las celdas solares orgánicas comiencen a transformar el mercado”.

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