Esto diferencia el trabajo de muchas células experimentales fabricadas manualmente sobre áreas diminutas. En este caso, los módulos miden 14,5 × 14,5 centímetros, tienen una superficie de 210,25 cm² y utilizan una combinación de sputtering y recubrimiento slot-die, dos técnicas que Fraunhofer ISE considera compatibles con una futura producción a mayor escala.
El 43,2 % corresponde a transparencia, no a eficiencia
Antes de entrar en los detalles conviene separar dos cifras que pueden confundirse fácilmente.
Los módulos desarrollados alcanzan una transmisión media de luz visible del 43,2 %. Esto significa que dejan pasar una parte importante de la luz y, por tanto, pueden resultar interesantes para aplicaciones donde un panel convencional opaco no tendría sentido.
La eficiencia fotovoltaica es diferente: el mejor resultado anunciado alcanza un 9,26 % de eficiencia de conversión.
| Característica | Resultado |
|---|---|
| Tamaño del módulo | 14,5 × 14,5 cm |
| Superficie | 210,25 cm² |
| Transmisión visible media | 43,2 % |
| Eficiencia máxima | 9,26 % |
| LUE máxima | 4,0 % |
| Número de células | Más de 100 por módulo |
| Procesos principales | Sputtering y recubrimiento slot-die |
La relación entre transparencia y producción eléctrica es uno de los grandes retos de este tipo de fotovoltaica. Cuanta más luz visible atraviesa el módulo, menos energía queda disponible para ser absorbida, por lo que los investigadores utilizan también un parámetro denominado Light Utilization Efficiency o LUE. En estos módulos alcanza hasta el 4,0 %.
La clave está en cómo han sido fabricados
Fraunhofer ISE destaca que uno de los principales problemas de la fotovoltaica orgánica aparece cuando se intenta pasar de pequeñas células fabricadas manualmente en laboratorio a módulos de mayor superficie.
Un proceso puede ofrecer resultados excelentes sobre una célula diminuta y dejar de funcionar correctamente cuando se intenta utilizar sobre áreas mayores.
En este proyecto, los investigadores aseguran haber conseguido aplicar prácticamente sin pérdidas las diferentes capas mediante recubrimiento slot-die, una técnica que deposita el material de forma controlada mediante una ranura y que puede integrarse en líneas de producción continuas.
La principal excepción es el electrodo posterior, que se deposita mediante sputtering, otro proceso ampliamente utilizado en la industria.
Fraunhofer considera especialmente relevante esta combinación porque ambas técnicas son industrialmente conocidas y pueden escalarse a módulos de mayor tamaño.
Más de 100 células conectadas mediante láser
Cada módulo contiene más de 100 células solares conectadas entre sí mediante estructuración láser.
La estructura incorpora un electrodo posterior que refleja radiación en el infrarrojo cercano y se deposita sobre un sustrato de vidrio mediante sputtering. Sobre ella se sitúa una capa absorbente formada por semiconductores orgánicos.
La parte superior utiliza un electrodo sin metal basado en el polímero PEDOT:PSS, aplicado en varias capas mediante slot-die.
La empresa Heraeus Epurio desarrolló una formulación específica de PEDOT:PSS para este proyecto con el objetivo de aumentar la transparencia del conjunto.
Una de las ventajas de los semiconductores orgánicos es que pueden diseñarse para absorber determinadas partes del espectro y dejar pasar buena parte de la luz visible. Fraunhofer explica que esta selectividad espectral es precisamente una de las características que hacen especialmente interesante a la fotovoltaica orgánica para módulos transparentes.
También han fabricado módulos flexibles sobre lámina
El proyecto no se ha limitado al vidrio.
El equipo también ha producido módulos fotovoltaicos orgánicos flexibles sobre lámina utilizando procesos compatibles con fabricación roll-to-roll.
En las pruebas realizadas, estos módulos conservaron el 100 % de su eficiencia original después de 1.275 ciclos de flexión alrededor de una varilla de 15 milímetros de diámetro.
El siguiente objetivo será aumentar también el tamaño de estos módulos flexibles.
El recubrimiento slot-die resulta especialmente interesante aquí porque puede combinarse con procesos roll-to-roll, donde una película flexible avanza continuamente por una línea de producción mientras se depositan las diferentes capas.
Ventanas, fachadas, invernaderos y techos de automóviles
La posible aplicación de esta tecnología es muy diferente a la de un panel solar convencional instalado en un tejado.
Fraunhofer ISE señala que módulos orgánicos con una transmisión visible claramente superior al 50 % podrían utilizarse en sustitución de algunos acristalamientos en fachadas de edificios o invernaderos.
En otros escenarios no sería necesario alcanzar una transparencia tan elevada. Superficies donde ya se utilizan cristales tintados, como determinados techos de automóviles o elementos de fachada, podrían admitir módulos con menor transmisión de luz.
Esto abre la puerta a superficies que actualmente cumplen únicamente una función estructural o estética y que, en el futuro, podrían producir electricidad sin comportarse visualmente como un panel fotovoltaico convencional.
También existe potencial en la fotovoltaica integrada en edificios y la agrovoltaica, dos de los campos que Fraunhofer cita expresamente para la fotovoltaica orgánica semitransparente.
Todavía no son paneles comerciales
Los resultados son prometedores, pero conviene mantener la perspectiva.
Los módulos actuales miden solo 14,5 centímetros de lado y siguen siendo dispositivos desarrollados dentro de un proyecto de investigación. Fraunhofer no ha anunciado todavía una fecha de comercialización, un precio ni módulos de tamaño comparable a los utilizados actualmente en instalaciones solares convencionales.
El avance está precisamente en haber conseguido buenos resultados utilizando procesos que sí tienen posibilidades reales de ampliarse.
Según Fraunhofer ISE, ahora que el equipo considera controlado el proceso de fabricación, los investigadores creen que podrán aumentar todavía más la transparencia sin reducir la eficiencia. El siguiente reto será demostrarlo en superficies mayores.
Los resultados científicos fueron publicados a principios de agosto en la revista Joule bajo el trabajo Toward scalable semitransparent organic photovoltaics: Slot-die-coated 210-cm² modules with visible transmission of up to 50% and LUE up to 4%.
Por ahora, el dato más interesante no es imaginar estos módulos instalados mañana en cualquier ventana, sino que la investigación ha dado un paso desde la típica célula de laboratorio hacia un método de fabricación pensado desde el principio para poder escalarse.
Fuentes: Fraunhofer ISE — Semi-transparent PV Modules Developed Using an Industry-ready Manufacturing Process; Fraunhofer ISE — Organic Photovoltaics; Joule — Toward scalable semitransparent organic photovoltaics: Slot-die-coated 210-cm² modules with visible transmission of up to 50% and LUE up to 4%.