{"id":121348,"date":"2013-06-12T17:35:04","date_gmt":"2013-06-12T20:35:04","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=121348"},"modified":"2016-01-06T13:02:12","modified_gmt":"2016-01-06T15:02:12","slug":"el-desafio-del-sol","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-desafio-del-sol\/","title":{"rendered":"El desaf\u00edo del Sol"},"content":{"rendered":"

\"074_CelulasOrganicas_207NOVO\"<\/a>En marzo de este a\u00f1o se inaugur\u00f3 en el desierto de Madinat Zayed, en Emiratos \u00c1rabes Unidos, una gran central de generaci\u00f3n de energ\u00eda solar con una capacidad de 100 megavatios, la cantidad suficiente para el suministro de fluido el\u00e9ctrico de 20 mil domicilios. Este emprendimiento, instalado en una de las regiones m\u00e1s soleadas y c\u00e1lidas del mundo, es el mayor del g\u00e9nero si se considera el empleo de esta fuente de energ\u00eda, tenida como renovable, abundante y no contaminante. La producci\u00f3n de energ\u00eda solar o fotovoltaica crece en el globo a un ritmo acelerado, de alrededor del 50% anual; pero su presencia en la matriz energ\u00e9tica mundial es a\u00fan muy peque\u00f1a: alrededor del 1%. En Brasil, representa tan s\u00f3lo el 0,01% del total. Seg\u00fan la Agencia Internacional de Energ\u00eda, la generaci\u00f3n fotovoltaica de todas las centrales del mundo ascendi\u00f3 a 67 gigavatios (GW) en 2011, el equivalente a cinco usinas hidroel\u00e9ctricas de Itaip\u00fa. Uno de los principales obst\u00e1culos para la expansi\u00f3n del uso de esta fuente energ\u00e9tica es el alto costo de los paneles solares y los restantes equipos que componen el sistema.<\/p>\n

Para superar esta dificultad, universidades, institutos de investigaci\u00f3n y empresas de distintos pa\u00edses, Brasil inclusive, trabajan en el desarrollo de una nueva l\u00ednea de c\u00e9lulas solares con un costo de producci\u00f3n inferior al de las l\u00e1minas de silicio empleadas actualmente en los m\u00f3dulos convencionales. Conocidas como c\u00e9lulas solares de tercera generaci\u00f3n \u2013las de silicio fueron las de primera generaci\u00f3n y las de pel\u00edculas delgadas inorg\u00e1nicas, las de segunda\u2013, est\u00e1n constituidas b\u00e1sicamente por dos tipos: org\u00e1nicas (OPV, sigla en ingl\u00e9s de organic photovoltaic<\/i>) o sensibilizadas con colorantes o de tinte sensibilizado (DSSC, acr\u00f3nimo en ingl\u00e9s de dye-sensitized solar cell<\/i>). Las c\u00e9lulas OPV se denominan as\u00ed porque emplean materiales semiconductores a base de carbono para realizar la conversi\u00f3n de energ\u00eda luminosa en energ\u00eda el\u00e9ctrica. En tanto, las DSSC funcionan mediante una reacci\u00f3n qu\u00edmica de oxidaci\u00f3n-reducci\u00f3n. Tambi\u00e9n llamadas h\u00edbridas, pues se elaboran con materiales org\u00e1nicos e inorg\u00e1nicos, se las construye entre dos vidrios y contienen un electrolito l\u00edquido, que normalmente es una soluci\u00f3n compuesta por una sal de iodo. Las c\u00e9lulas activadas con colorantes absorben la radiaci\u00f3n solar, con lo cual hacen posible el fen\u00f3meno de la separaci\u00f3n de cargas (positivas y negativas) para la producci\u00f3n de energ\u00eda. Ni las c\u00e9lulas org\u00e1nicas ni las h\u00edbridas se comercializan en gran escala en el mundo. Se estima que ser\u00e1n necesarios al menos otros tres a\u00f1os para que esto suceda.<\/p>\n

Diversas nuevas tecnolog\u00edas para c\u00e9lulas solares han sido investigadas en los \u00faltimos a\u00f1os con el objetivo de hallar una alternativa m\u00e1s eficiente para las c\u00e9lulas a base de silicio cristalino. \u201cDe una manera general, las c\u00e9lulas de tercera generaci\u00f3n, entre las cuales tambi\u00e9n se incluyen las fabricadas con puntos cu\u00e1nticos [min\u00fasculos cristales semiconductores], multiuni\u00f3n y portadores calientes o hot carriers<\/i> [de carga altamente energ\u00e9tica], generan un mejor aprovechamiento de los fotones que inciden sobre ellas\u201d, dice el investigador Fernando Ely, del Grupo de Electr\u00f3nica Org\u00e1nica del Centro de Tecnolog\u00eda de la Informaci\u00f3n (CTI) Renato Archer, de Campinas. El CTI Renato Archer lleva adelante investigaciones avanzadas para el desarrollo de c\u00e9lulas solares de tercera generaci\u00f3n. Sus investigadores ya han logrado producir varios prototipos de c\u00e9lulas flexibles de 60 por 40 mil\u00edmetros de \u00e1rea usando puntos cu\u00e1nticos, y est\u00e1n trabajando en su perfeccionamiento. \u201cAparte de afrontar las principales limitaciones que impiden la comercializaci\u00f3n de estos dispositivos, nuestro grupo procura generar propiedad intelectual, para, posteriormente, transferir ese conocimiento al sector productivo. Nuestras actividades incluyen tambi\u00e9n estudios destinados a incrementar la eficiencia de conversi\u00f3n de las nuevas c\u00e9lulas solares, mediante el empleo de aditivos funcionales, el desarrollo de nuevas t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n por procesamiento continuo \u2013la llamada t\u00e9cnica roll-to-roll<\/i>\u2013 y la producci\u00f3n de electrodos transparentes a base de nanotubos de carbono\u201d. Las actividades en el CTI Renato Archer cuentan con el apoyo de la FAPESP, del Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico (CNPq) y de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep).<\/p>\n

Las empresas Dye-Sol, de Australia, y G24 Innovations, de Gran Breta\u00f1a, son l\u00edderes en el desarrollo de c\u00e9lulas sensibilizadas con colorantes (DSSC). En tanto, la compa\u00f1\u00eda Heliatek y el Instituto Fraunhofer para la Investigaci\u00f3n Aplicada a Pol\u00edmeros (IAP), ambos de Alemania, encabezan las investigaciones en el \u00e1rea de OPV. En Brasil, hay dos empresas trabajan en el desarrollo de c\u00e9lulas de tercera generaci\u00f3n. FlexSolar, con sede en la ciudad de Joinville, interior de Santa Catarina, suscribi\u00f3 en 2012 un acuerdo con el IAP para desarrollar c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas flexibles. El proyecto, por valor de 4,8 millones de euros \u2013alrededor de 12,5 millones de reales\u2013, prev\u00e9 que la producci\u00f3n, en un primer momento, se concentre en el pa\u00eds europeo; pero, al cabo de dos a\u00f1os, los dispositivos se fabricar\u00e1n tambi\u00e9n en Joinville. De acuerdo con un comunicado dado a conocer en el sitio web<\/i> del Instituto Fraunhofer, la idea del proyecto conjunto surgi\u00f3 durante la visita de Bernard Schmidt, presidente de FlexSolar, a una feria internacional de electr\u00f3nica org\u00e1nica realizada en M\u00fanich, en junio del a\u00f1o pasado. Cuatro meses despu\u00e9s, se firm\u00f3 el entendimiento entre las partes. La empresa es subsidiaria de Cromotransfer, tambi\u00e9n de Joinville, que desde hace 15 a\u00f1os desarrolla tecnolog\u00edas de impresi\u00f3n para el sector textil y el de embalajes. FlexSolar fue creada para transferir ese know-how<\/i> al \u00e1rea de fotovoltaicos, ya que en la fabricaci\u00f3n de c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas se emplean m\u00e9todos de impresi\u00f3n similares a los de la industria gr\u00e1fica.<\/p>\n

\"\"<\/a>La otra compa\u00f1\u00eda nacional, llamada Tezca C\u00e9lulas Solares, est\u00e1 instalada en el Polo de Alta Tecnolog\u00eda de Campinas (Ciatec). Creada a finales de 2008, esta start-up<\/i> ha desarrollado en laboratorio diversos prototipos de c\u00e9lulas DSSC denominadas TezcaFlex, y espera instalar este\u00a0 mismo a\u00f1o una planta piloto. \u201cEn estos momentos estamos realizando ensayos de durabilidad en nuestras c\u00e9lulas. Pretendemos atraer nuevos inversores al negocio, con el fin de iniciar la fabricaci\u00f3n en escala comercial en 2016\u201d, afirma Agnaldo Gon\u00e7alves, uno de los socios fundadores de Tezca.\u00a0 El objetivo del empresario es construir m\u00f3dulos solares flexibles de baja potencia, con el espesor de una hoja de papel A4, para su uso en aparatos electr\u00f3nicos m\u00f3viles, tales como bater\u00edas de tel\u00e9fonos celulares, por ejemplo. Para desarrollar esta tecnolog\u00eda, Tezca cuenta con el apoyo de la FAPESP, que financia un proyecto de Investigaci\u00f3n Innovadora en Peque\u00f1as Empresas (Pipe), y del CNPq.<\/p>\n

Ventajas y desaf\u00edos
\n<\/b>La fabricaci\u00f3n con bajo consumo de energ\u00eda y el reducido costo de manufactura constituyen las principales ventajas de las c\u00e9lulas de tercera generaci\u00f3n. Un vocablo muy empleado en el \u00e1rea de energ\u00eda es el llamado payback<\/i> econ\u00f3mico o energ\u00e9tico, es decir: en cu\u00e1nto tiempo o con qu\u00e9 monto de inversi\u00f3n se paga, o cu\u00e1nto tiempo es necesario para producir la misma cantidad de energ\u00eda que se gast\u00f3 en la manufactura. \u201cEn el caso de los paneles fotovoltaicos de silicio cristalino, el payback<\/i> energ\u00e9tico es de alrededor de cuatro a\u00f1os, mientras que en los sistemas elaborado con OPV, el payback <\/i>es de menos de un a\u00f1o\u201d, dice Ely. Otra diferencia de estas nuevas c\u00e9lulas radica en la posibilidad de fabricar grandes paneles flexibles elaborados de pl\u00e1stico o tela, mediante m\u00e9todos sencillos de impresi\u00f3n procedentes de la industria gr\u00e1fica, que permiten la producci\u00f3n de m\u00f3dulos solares livianos y en los m\u00e1s variados tama\u00f1os. Asimismo, las c\u00e9lulas org\u00e1nicas y las sensibilizadas con colorante cuentan con una alta fotoconversi\u00f3n, mediante el empleo de luz artificial, lo que hace posible su uso en ambientes internos de oficinas, f\u00e1bricas y residencias.<\/p>\n

Debido a que son livianas, flexibles y semitransparentes, la gama de aplicaciones de las c\u00e9lulas OPV y DSSC es m\u00e1s amplia que la de las generaciones anteriores. Puede us\u00e1rselas para recargar bater\u00edas de aparatos electr\u00f3nicos de baja potencia, tales como tel\u00e9fonos celulares, c\u00e1maras fotogr\u00e1ficas y tablets<\/i>. Tambi\u00e9n pueden integrarse en fachadas, ventanas o claraboyas de edificaciones \u2013una aplicaci\u00f3n conocida como building integrated photovoltaics<\/i> (BIPV)\u2013 o adaptarse a ropas especiales, chaquetas y mochilas, permitiendo que los usuarios capten energ\u00eda mientras se desplazan. \u201cEl Ej\u00e9rcito de Estados Unidos tiene un proyecto de uso de estos paneles en las indumentarias de los soldados y en locales comerciales, para cargar aparatos electr\u00f3nicos o en el suministro de iluminaci\u00f3n\u201d, afirma Ely. Otra idea es usar las OPVs en el mobiliario urbano: en paradas de autobuses, o como fuente de energ\u00eda para displays<\/i> de propaganda y de se\u00f1alizaci\u00f3n.<\/p>\n

No obstante, para que todo esto se convierta en realidad, deben sortearse dos grandes escollos: la escasa eficiencia y el reducido tiempo de vida \u00fatil de estos nuevos dispositivos. El \u00edndice de conversi\u00f3n de la energ\u00eda luminosa en energ\u00eda el\u00e9ctrica \u2013la relaci\u00f3n entre la cantidad de fotones incidente sobre la c\u00e9lula y la cantidad de energ\u00eda el\u00e9ctrica convertida\u2013 de las c\u00e9lulas de tercera generaci\u00f3n es todav\u00eda muy bajo. El \u00edndice de eficiencia m\u00e1ximo \u2012aunque no certificado\u2012 obtenido hasta ahora para las c\u00e9lulas OPV fue del 12,1%, y para las DSSC, del 11,4%. En las c\u00e9lulas fabricadas con silicio cristalino, la eficiencia r\u00e9cord es dos veces mayor, del 24,7%. Estos valores se refieren a c\u00e9lulas peque\u00f1as, de aproximadamente 1 cm\u00b2\u00a0de superficie. En paneles de gran \u00e1rea, la eficiencia de conversi\u00f3n disminuye ostensiblemente. El bajo rendimiento de las c\u00e9lulas org\u00e1nicas se explica debido a que no absorben luz en la zona del infrarrojo, con una longitud de onda superior a los 900 nan\u00f3metros, y por las p\u00e9rdidas de energ\u00eda ocasionadas por la recombinaci\u00f3n de cargas el\u00e9ctricas. \u201cLa mejor manera de afrontar este problema es mediante el desarrollo de nuevos semiconductores org\u00e1nicos o sistemas compuestos, con nanomateriales\u201d, dice Ely.<\/p>\n

En tanto, la corta vida de estas c\u00e9lulas es el resultado de la presencia de ox\u00edgeno o humedad en su interior. Con la incidencia de la luz, especialmente la franja del ultravioleta (UV), la presencia de ox\u00edgeno y humedad da origen a elementos indeseables que reaccionan con los semiconductores org\u00e1nicos, alterando su estructura qu\u00edmica y su funcionalidad. La soluci\u00f3n en ese caso consiste en fabricar las c\u00e9lulas OPV en atm\u00f3sfera inerte, y posteriormente encapsularlas con pel\u00edculas impermeables. Con relaci\u00f3n a las DSSC, los problemas se relacionan con la confiabilidad, la durabilidad y el proceso de ingenier\u00eda implicado en la construcci\u00f3n. Para superarlos, el camino consiste en sustituir el electrolito l\u00edquido, para evitar p\u00e9rdidas, y algunos materiales de alto costo usados en su montaje, tales como el catalizador de platino y el rutenio, uno de los elementos qu\u00edmicos presentes en el colorante.<\/p>\n

Para que los paneles OPV se tornen factibles comercialmente, seg\u00fan estima Ely, es necesario alcanzar un nivel de eficiencia de conversi\u00f3n del 10% y 10 a\u00f1os de vida \u00fatil. Con estos valores, el costo del vatio ser\u00eda de alrededor de 10 centavos de d\u00f3lar. No existen datos confiables del costo de la energ\u00eda fotovoltaica en Brasil, pero en Alemania, uno de los pa\u00edses m\u00e1s avanzados en lo que hace al uso de esta energ\u00eda, el valor del vatio, considerando un panel de silicio cristalino con eficiencia estimada entre el 12% y el 14%, es de 1 d\u00f3lar con cincuenta. \u201cBrasil cuenta con un gran potencial para el uso de la energ\u00eda solar. Por eso resulta importante dominar esta tecnolog\u00eda. Como todav\u00eda no hay nada comercial en la esfera de las c\u00e9lulas solares de tercera generaci\u00f3n, veo que \u00e9sta es una gran oportunidad para que el pa\u00eds consolide la propiedad intelectual y fabrique y comercialice estos dispositivos\u201d, afirma Fernando Ely.<\/p>\n

Proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong> Arquitecturas org\u00e1nicas semiconductoras para dispositivos electr\u00f3nicos (n\u00ba 2006\/57399-9<\/a>); Modalidad<\/b> Joven Investigador; Coord.<\/b> Fernando Ely\/CTI Renato Archer; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 299.265,87 (FAPESP).
\n2.<\/strong> INCT Namitec – Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Sistemas Micro y Nanoelectr\u00f3nicos (Proc. FAPESP n\u00ba 2008\/57862-6<\/a> y Proc. CNPq n\u00ba 573738\/ 2008-4). Modalidad Proyecto Tem\u00e1tico (FAPESP) y convocatoria de los Institutos Nacionales de C&T (CNPq);\u00a0 Coord.<\/b> Jacobus W. Swart\/CTI Renato Archer; Inversi\u00f3n<\/b> R$ 4.251.055,34 (FAPESP) y R$ 5.693.114,45 (CNPq).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"C\u00e9lulas flexibles pueden ayudar a superar las dificultades del uso de energ\u00eda fotovoltaica en el mundo","protected":false},"author":23,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[296],"coauthors":[116],"class_list":["post-121348","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-energia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/121348","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=121348"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/121348\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=121348"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=121348"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=121348"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=121348"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}