Ventanas especiales de los edificios y casas podrían aprovechar la energía del sol y de la luz interior

Esta tecnología, descrita en un artículo publicado en Advanced Energy Materials, podría ayudar a convertir los edificios en generadores de energía tanto de noche y en días nublados como durante los días soleados.

Ventanas solares

Los investigadores diseñaron ventanas solares que dejan pasar el 30% de la luz solar —el vidrio común podría dejar pasar el 80% o el 90%—, al tiempo que generan una cantidad récord de energía a partir de la luz interior y aprovechan eficientemente la energía del sol.

El autor principal, el Dr. Mojtaba Abdi-Jalebi, del Instituto UCL para el Descubrimiento de Materiales, afirmó: “Es habitual que los tejados estén equipados con paneles solares, pero las vastas superficies acristaladas de muchos edificios modernos siguen estando en gran medida sin explotar como recurso energético.

“En nuestro estudio, demostramos que es posible mantener la ventana transparente para que pueda dejar pasar la luz sin comprometer la eficiencia de las células solares.

“El siguiente paso es diseñar células solares flexibles que puedan aplicarse a estructuras curvas como las ventanas del Shard o de los automóviles, así como a superficies no rígidas como la ropa o las mochilas. También nos gustaría fabricar células solares a mayor escala que la que logramos en este estudio.”

“La visión a largo plazo es lograr que la integración de paneles fotovoltaicos semitransparentes sea tan sencilla como la de una lámina para ventanas. A medida que la tecnología madure, estos dispositivos podrían convertirse en láminas flexibles que se puedan aplicar directamente sobre cristales de vehículos, techos solares y otras superficies transparentes para generar electricidad limpia sin necesidad de grandes modificaciones estructurales.”

El autor principal, Siming Huang, estudiante de doctorado en el Instituto de Descubrimiento de Materiales de la UCL, afirmó: «Otra ventaja de esta tecnología es que, al bloquear parte de la luz solar, funciona de la misma manera que las ventanas tintadas, ahorrando una porción de la energía necesaria para mantener el edificio fresco. Esto es especialmente importante en las zonas más cálidas del mundo, donde se consume una gran proporción de energía en aire acondicionado».

El equipo utilizó un material llamado perovskita, que se usa cada vez más en paneles solares para exteriores y que, a diferencia de los paneles solares tradicionales basados en silicio, tiene el potencial de generar energía a partir de la luz interior, ya que su composición se puede ajustar para absorber mejor las longitudes de onda específicas de la luz interior.

Utilizaron modelos informáticos para determinar la mejor disposición y el grosor óptimo de las capas en la célula solar, con el fin de preservar tanto la transparencia como la eficiencia.

Basándose en este modelo, diseñaron una capa de perovskita —la capa que absorbe la luz— de 185 nanómetros de espesor (aproximadamente 500 veces más delgada que un cabello humano). En las células solares típicas, la capa de perovskita es tres o cuatro veces más gruesa.

Añadieron una molécula (3-trifluorometil-1H-1,2,4-triazol) que redujo los defectos en la perovskita conocidos como "trampas", las cuales pueden provocar que los electrones queden atrapados antes de que su energía pueda ser aprovechada. Esta molécula también ayudó a estabilizar la estructura cristalina de la perovskita, evitando su degradación con el tiempo.

Además, los investigadores diseñaron un electrodo transparente. En las células solares de perovskita, el electrodo (es decir, la parte que conduce la electricidad fuera de la célula) suele estar hecho de oro y bloquea la luz. Para hacer su electrodo más transparente, el equipo intercaló una fina capa de oro entre dos capas transparentes de óxido de molibdeno, lo que facilitó el paso de la luz a través del oro al reducir la reflexión.

Comprobaron que el dispositivo, sin componentes adicionales, conservaba el 80 % de su eficiencia tras 300 horas de exposición continua a la luz en una prueba de durabilidad acelerada estándar, lo que demuestra su resistencia a lo largo del tiempo.

Fuente: University College London