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60 años de innovación tecnológica
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60  años de innovación

Para celebrar el año internacional de la química, James Mitchell Crow  hace una retrospectiva en las últimas décadas de algunos de los descubrimientos realizados y desarrollados por los químicos

2000´s:  Celdas solares de película fina

La alternativa energética a lo largo de la década del 2000 creció de manera inexorable en la agenda  política, esta  idea generó un nuevo tipo de celdas solares más baratas y eficientes que pudieran llenar ese vacío (a precio justo)

"Los costos de las celdas solares", dice Alí Jarvey, que estudia colectores de luz con nanomateriales en la Universidad de Berkeley en California. "Ya en la década de 1950, las primeras celdas costaban alrededor de $ 1.700 dólares por watt. Hoy estamos en alrededor de 3 dólares por watt, y éstos continúan bajando”.

El gobierno de USA., que ha invertido mucho en investigación de tecnología solar como parte de su paquete de estímulo económico, predice que para el año 2015, la energía solar podría alcanzar la paridad con los combustibles fósiles que generan electricidad. Mejoras subsecuentes deberán bajar los costos aún más.

Estos desarrollos son en gran parte el resultado de las nuevas tecnologías de película delgada, que en 2009 cayó por primera vez por debajo del costo de los paneles de silicio tradicionales. "Javey dice: Hoy en día, el costo de instalación de un panel solar de silicio cristalino es de $ 5 por watt. Para un panel de teluro de cadmio, el costo es de $ 4.50”.

El progreso de las celdas de teluro de cadmio se debe al descubrimiento de técnicas de crecimiento de manera uniforme, fiable y reproducible en grandes extensiones a bajo costo. La principal empresa solar de los US., por ejemplo, ha desarrollado un proceso basado en “soluciones” para la fabricación a gran escala de estas celdas.

 

Las celdas solares de película delgada están empezando a competir con el silicio en eficiencia y costo

© Departamento de energía de la biblioteca de fotos la ciencia

Sin embargo, otras tecnologías de película delgada no están muy atrasadas. Las celdas de silicio amorfo sensibilizado con colorante orgánico, y Cobre Indio Galio Selenio (CIS o CIGS), también están comenzando a ser comercializadas. En algunos casos los primeros productos podrían ser más bien sólo el comienzo de nuevas tecnologías, dice Udo Bach, que investiga celdas solares sensibilizadas con colorante en la Universidad de Monash en Melbourne, Australia.

"La gente como yo, que trabaja en esta área no podemos haciendo todo el esfuerzo posible construir una mochila solar eficiente que pueda cargar un teléfono móvil. Tenemos algo mucho más grande en mente, y definitivamente vemos el potencial de estas células solares orgánicas que pueden utilizarse en grandes espacios soleados a gran escala ", dice Bach.

 

Javey predice el futuro. "Estamos tratando de hacer crecer cada material de cristal con un proceso barato en sustratos de bajo costo".

 

Javey predice el futuro. "Estamos tratando de hacer crecer cada material de cristal con un proceso barato en sustratos de bajo costo". "Comenzamos con una lámina de aluminio anodizado barato, lo que genera una serie de poros en la superficie. Utilizamos estos poros, como tubos de ensayo pequeños para hacer crecer mono-cristales. El tubo de ensayo limita el crecimiento del cristal, por lo que actúa como una plantilla. El material resultante es una matriz de nano-pilares de cristales individuales que absorbe luz.

 

"Es muy difícil decir que la tecnología se logrará en 10 o 20 años - por lo que tenemos que trabajar en todos los campos", comenta Bach. "Es por eso que es un área emocionante para trabajar," y dice Javey. "Un avance tecnológico importante podría cambiar la historia completamente.

Referencias

1 E De Clercq, Rev. Med. 2009, 19, 287 

60 years of innovation

To celebrate the international year of chemistry, James Mitchell Crow looks back at some of the discoveries and developments made by chemists over the past six decades

2000s:  thin film solar cells

As alternative energy rose inexorably up the political agenda throughout the 2000s, so rose the performance of a new breed of cheap, efficient solar cells that could fill that gap - if the price is right.

'Solar cells are all about cost,' says Ali Javey, who studies light-harvesting nanomaterials at the University of California, Berkeley, US. 'Back in the 1950s, the first cells cost around $1,700 (£1,060 at today's exchange rates) per watt. Today we're at about $3 per watt, and it's continuing to fall.'

The US government, which invested heavily in solar technology research as part of its economic stimulus package, predicts that solar energy could reach grid parity with fossil fuel generated electricity by 2015. Subsequent improvements should see the costs fall still further.

These developments are in no small part the result of emerging thin film technologies, which in 2009 dropped below the cost of traditional silicon panels for the first time. 'Today, the installed cost of a crystalline silicon solar panel is $5 per peak watt. For thin film cadmium telluride it is $4.50,' says Javey.

The breakthrough for cadmium telluride cells has been finding ways to grow them uniformly, reliably and reproducibly over large areas at low cost. The US firm First Solar, for example, has developed a solution-based process for large scale manufacture of these cells.

Thin film solar cells are now beginning to compete with silicon in efficiency and cost


© US DEPARTMENT OF ENERGY/ SCIENCE PHOTO LIBRARY

However, other thin film technologies aren't far behind. Amorphous silicon, organic dye-sensitised cells, and copper indium gallium selenide (CIS or CIGS), are also beginning to be commercialised. In some cases the first products might be rather niche, but that's just the beginning, says Udo Bach, who researches dye-sensitised solar cells at Monash University in Melbourne, Australia.

'People like me who work in this area wouldn't put in all the effort if they thought that all we could make is a solar-powered backpack that could charge a mobile phone. We have something much bigger in mind, and I definitely see the potential for these organic solar cells to be applied in large scale solar farms,' says Bach.

Javey is also looking ahead. 'We're trying to grow single crystal materials using a cheap process on low cost substrates,' he says. 'We start with a cheap aluminium foil, and anodise it, which generates an array of pores in the surface. We use these pores like little test tubes to grow single crystals in. The test tube confines the growth of the crystal, so acts as a template.' The resulting material is an array of light-absorbing nanopillars, all single crystals.

'It is very difficult to say which technology will make it in 10 or 20 years' time - which is why we have to work on all of them,' says Bach. 'That's why it's such an exciting area to work in,' says Javey. 'One major technological advance could change the story completely.'

References

1 E De Clercq, Rev. Med. 2009, 19, 287 

 

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Última modificación: 27 de Marzo de 2011