Adiós a las placas solares que conoces: el invento europeo para reducir su tamaño y que sean flexibles y muy eficientes

El avance de la energía solar es, a todas luces, imparable. Mientras China lo apuesta todo a sus gigantescos parques fotovoltaicos, también sobre el agua, se estima que en Europa se podrían instalar hasta 100 GW anuales de nueva potencia solar a partir de 2026.

Este crecimiento sostenido se debe a la competitividad económica de esta tecnología frente a otras fuentes de energía renovable y a nuevos desarrollos como los paneles más finos que el papel, capaces de generar cada vez más energía.

El objetivo de empresas e investigadores se centra en conseguir paneles cada vez más delgados, flexibles y eficientes, para poder integrarlos en las fachadas de los edificios y en las superficies curvas de todo tipo de dispositivos. En esa dirección avanza el Instituto Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL), con sede en Braga, Portugal.

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Su último descubrimiento, liderado por el investigador Pedro Salomé y con colaboración de ingenieros de la Universidad de Uppsala (Suecia), se centra en mejorar estas delgadísimas células solares gracias a un espejo nanoestructurado: una capa de oro casi invisible al ojo humano que impide que la luz se 'escape' por la parte trasera, mejorando su eficiencia.

En el estudio publicado en la revista especializada Solar RRL, los autores detallan esta nueva arquitectura de fabricación que "puede beneficiar enormemente el rendimiento de las células solares ultrafinas depositadas a bajas temperaturas".

Más eficaz y barato

Uno de los desarrollos más interesantes en torno a la energía solar de los últimos años son las células ACIGS, compuestas por capas nanométricas de cobre, indio, galio y selenio, a veces acompañadas de azufre.

Estos materiales, que se depositan sobre una base como vidrio, plástico o metal en forma de película delgada y flexible, permiten captar la luz solar y convertirla eficientemente en electricidad incluso en situaciones de poca iluminación.

Un investigador manipulando una de las células solares de nueva generación INL Omicrono

Además, su estructura ligera y adaptable puede instalarse en superficies curvas, fachadas o lugares donde los paneles tradicionales no funcionarían, además de soportar altas temperaturas y rendir correctamente ante sombras parciales.

Es una tecnología muy prometedora, pero tiene dos grandes inconvenientes: su alto coste inicial y una capa absorbente demasiado delgada, que disminuye la eficiencia de la célula solar porque deja escapar buena parte de la radiación que incide sobre su superficie.

Para resolver estos problemas, los investigadores del INL han desarrollado un nuevo método para incorporar una capa ultrafina de oro estampada y encapsulada con óxido de aluminio. Esto crea una suerte de espejo en el contacto trasero, que cumple su cometido reflejando la luz hacia la célula solar, reduciendo así la pérdida de eficiencia de conversión en energía.

La aportación del equipo portugués no sólo se centra en un nuevo diseño, sino en el proceso de fabricación, utilizando litografía de nanoimpresión en un solo paso. Así, Salomé y su equipo han evitado los caros y prolongados procesos de nanofrabricación de varios pasos, lo que "allana el camino para la ampliación industrial", según describe en un comunicado de prensa.

Imagen de sección transversal de las nanoestructuras integradas en la célula solar INL Omicrono

Para poner a prueba esta tecnología, los investigadores utilizaron células solares ACIGS, en las que lograron una mejora de un 1,5% absoluto en la eficiencia de conversión de energía. Es la demostración de que las nanoestructuras añadidas a los paneles consiguieron absorber más luz.

Además, el método de fabricación funcionó mejor a temperaturas más bajas (450 ºC frente a 550 ºC). Eso permite ahorrar energía durante el proceso, pero también permite que sea compatible con sustratos flexibles, lo que permitirá aplicaciones solares más versátiles que los actuales paneles solares.

“Esta arquitectura nos brinda una forma eficaz de gestionar la luz y reducir la recombinación de interfaces en dispositivos ultrafinos, manteniendo al mismo tiempo la practicidad de la fabricación”, sostiene André Violas, autor principal del estudio.

Por su parte, la investigadora Jennifer Teixeira afirma que estos resultados "nos acercan a la creación de células solares ligeras y flexibles lo suficientemente eficientes para aplicaciones prácticas”.

Arquitectura modular

Esta investigación se enmarca dentro de la iniciativa R2U Technologies, financiada por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, y centrada en revolucionar la construcción sostenible y modular, abordando simultáneamente la generación de energía y la eficiencia del edificio. Es algo que recuerda a lo ya propuesto por startups como la estadounidense Hydronic Shell Technologies.

El pilar de su investigación arquitectónica es un sistema constructivo basado en grandes paneles modulares prefabricados, destinados a crear la envolvente del edificio, como fachadas y cubiertas.

La iniciativa propone que estos componentes se fabriquen íntegramente en un entorno industrial, lejos de la obra, lo que garantiza una mayor calidad, precisión y una reducción drástica de los tiempos de construcción y los residuos generados. Una vez terminados, los módulos se transportan y se ensamblan en el sitio de forma rápida y eficiente.

De esta manera, un único panel de fachada de R2U es una solución multifuncional completa. Este módulo integra en una sola pieza la estructura portante, un núcleo de aislamiento térmico de alto rendimiento para minimizar las pérdidas de energía, las barreras contra la humedad y el aire, y como capa final exterior, una lámina fotovoltaica ACIGS para generar energía.

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Lo mejor es que la aplicación de esta tecnología no es exclusiva únicamente a la obra nueva. De hecho, el mayor potencial de este sistema modular es la rehabilitación energética de edificios ya existentes.

Los investigadores reunidos en torno a esta iniciativa investigan cómo fabricar fachadas prefabricadas a medida, que se instalan sobre la cara exterior de un inmueble, mejorando su aislamiento y dotándolo de generación de energía propia con una mínima intervención y molestias para sus ocupantes.