Descubren energía solar que imita la fotosíntesis

Hasta ahora existen tres tipos de celdas solares: las de primera, segunda y tercera generación. Esta última, a diferencia de las tradicionales, no utiliza silicio monocristalino y policristalino, o arseniuro de galio, sino dióxido de titanio con colorantes sensibles a la radiación solar.

Las celdas solares de tercera generación imitan el proceso de fotosinteis de las plantas y aprovechan mejor la radiación solar. El Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Cemie-Sol) junto a un grupo de investigadores de diferentes instituciones del país inició el desarrollo de celdas solares de tercera generación que imitan el proceso de la fotosíntesis para la obtención de energía eléctrica.Las celdas solares son dispositivos que convierten la luz del sol en energía eléctrica por medio de uniones de materiales semiconductores, a través de las cuales se genera una corriente eléctrica.

Las celdas solares de tercera generación a diferencia de las tradicionales, no utilizan silicio monocristalino y policristalino, o arseniuro de galio, sino dióxido de titanio con colorantes sensibles a la radiación solar. Antonio Jiménez  uno de los investigador del Instituto de Energías Renovables (IER) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y responsable del proyecto, recordó que la clorofila en las plantas es la encargada de absorber la luz del sol para que la fotosíntesis pueda llevarse a cabo, un proceso que culmina con la transformación de la energía luminosa en energía química.

El especialista en Física del Estado Sólido agregó que en la clorofila de una planta se realizan reacciones fotoquímicas para formar la molécula de la glucosa (el alimento de las plantas).“Cuando las plantas absorben la radiación solar se generan transiciones electrónicas del estado base de la molécula hacia estados de mayor energía (estados excitados), a partir de los cuales los electrones se transportan hacia la superficie y, posteriormente, hacia los electrodos de la celda donde son colectados. Los lugares vacantes (huecos) en la molécula excitada se comportan como cargas positivas. Después extraemos la carga eléctrica que generó el colorante. En una celda solar se aprovecha la generación tanto de cargas negativas como positivas. Aprendemos de la naturaleza que los colorantes en una planta absorben la radiación solar y que después la transforman en energía química. En una célula solar se absorbe la radiación y se transforma en energía eléctrica”, indicó. Así, emulando el proceso de la fotosíntesis, los investigadores utilizan nanopartículas del semiconductor de dióxido de titanio (TiO2) que al ser teñidas con colorantes naturales o artificiales, estos absorben la luz y generan un electrón en el estado excitado de la molécula, el cual migra hacia los niveles de conducción del semiconductor.

El proyecto con duración a cuatro años se encuentra en la fase final de la segunda etapa, cuyas actividades están abocadas a analizar las propiedades cristalinas, ópticas y cuánticas de los componentes de la celda solar sensibilizada, así como estudiar la correlación entre la radiación solar y el transporte de carga eléctrica. De acuerdo con el especialista, se espera que estas células solares alcancen 10 por ciento de eficiencia a nivel laboratorio.

«Los avances que tenemos son muy prometedores. No dudo que podamos cumplir nuestras metas al final de cuatro años. Cada vez hay nuevos conocimientos, nuevos materiales, y día a día se innova en tecnologías de tercera generación», señaló.

A decir del doctor Jiménez González, los avances en el desarrollo de celdas solares de primera y segunda generación con más de cuarenta años de investigación son apenas de 21 (material semiconductor compuesto de cobre, indio, galio, selenio y telururo de cadmio) y 25 por ciento (silicio cristalino) aproximadamente, a nivel laboratorio.

En este contexto, las tecnologías de tercera generación han comenzado a crecer de manera importante en tan poco tiempo, pues constantemente se generan nuevas metodologías, nuevos materiales y nuevas alternativas para su desarrollo.

Jiménez González destacó la importancia de generar recursos humanos especializados en el desarrollo de celdas solares, situación que permitirá crear más proyectos de investigación y tecnológicos para el sector de las energías limpias del país.

Además del IER, el proyecto involucra la participación de investigadores de seis instituciones: el Centro de investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), la Escuela Nacional de Estudios Superiores de la UNAM, la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM) y la Universidad de Sonora (Unison).