Componente de celdas solares a partir de madera

Un nuevo tipo de papel que está hecho de fibras de madera y es 96% transparente podría ser un material revolucionario para las células solares de nueva generación. Viniendo de plantas, el papel es barato y más respetuoso con el medio ambiente que los sustratos de plástico a menudo utilizados en las células solares. Sin embargo, su ventaja más importante es que se supera el compromiso entre la transparencia óptica y la turbidez óptica que presentan la mayoría de los materiales.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Maryland, la South China University of Technology y la Universidad de Nebraska-Lincoln, han publicado un artículo sobre el nuevo material en una edición reciente de la revista Nano Letters.

Como explican los investigadores, los beneficios de rendimiento de células solares son mayores cuando los materiales poseen tanto una alta transparencia óptica (para permitir una buena transmisión de la luz) y alta turbidez óptica (para aumentar la dispersión y por lo tanto la absorción de la luz transmitida dentro del material). Pero hasta ahora, los materiales con altos valores de transparencia (de aproximadamente el 90%) tienen valores de turbidez ópticas muy bajas (de menos de 20%).

El nuevo papel a base de madera tiene una transparencia ultra alta de 96% y turbidez óptica ultra alta del 60%, que es el valor de turbidez óptica más alto reportado entre sustratos transparentes.

La principal razón de este buen desempeño en ambas áreas es que el papel tiene una estructura nanoporosa en lugar de microporosa. El papel habitual está hecho de fibras de madera y tiene una baja transparencia óptica debido a las microcavidades que existen dentro de la estructura porosa que causan dispersión de la luz. En el nuevo papel, estos microporos son eliminados con el fin de mejorar la transparencia óptica. Para ello, los investigadores utilizaron un tratamiento llamado TEMPO para debilitar los enlaces de hidrógeno entre las microfibras que forman las fibras de la madera, lo que provoca que las fibras de la madera se hinchen y colapsen en una densa estructura, que contiene nanoporos apretados en lugar de microporos.

“Los papeles están hechos de materiales en forma de cinta que se pueden apilar bien sin cavidades microscópicas para alta transmitancia, pero con nanoporos para alta turbidez óptica”, según el coautor Liangbing Hu, profesor asistente en el Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la Universidad de Maryland.

Para probar el papel para aplicaciones de células solares, los investigadores recubrieron el papel de fibra de madera sobre la superficie de una losa de silicio. Los experimentos demostraron que el dispositivo captador de luz puede captar la luz con un aumento del 10% en la eficiencia. Debido a la sencillez de este proceso de laminación, las células solares que ya han sido instaladas y en uso podrían beneficiarse de manera similar de la capa de papel adicional.

Aunque hay otros papeles hechos de nanofibras, este trabajo demuestra una transmitancia óptica mucho más alta, y el uso de mucho menos energía y tiempo para su procesamiento. Con estas ventajas, el, papel de alta turbide muy transparente podría ofrecer una forma económica de mejorar la eficiencia de los paneles solares, techos solares y ventanas solares.

Fuente: Zhiqiang Fang, et al. “Novel Nanostructured Paper with Ultrahigh Transparency and Ultrahigh Haze for Solar Cells.” Nano Letters. DOI: 10.1021/nl404101p