Investigadores de la Universidad de Friburgo y Fraunhofer ISE desarrollan módulos fotovoltaicos semitransparentes con un 43,2 % de transmisión de luz mediante procesos de fabricación escalables
La fotovoltaica orgánica continúa avanzando hacia nuevas aplicaciones gracias a su capacidad para combinar generación eléctrica, flexibilidad y transparencia. Un equipo de investigadores de la Universidad de Friburgo y del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha desarrollado ahora módulos fotovoltaicos semitransparentes de 14,5 × 14,5 centímetros capaces de alcanzar una eficiencia de hasta el 9,26 %, con una transmisión media de luz visible del 43,2 %.
El desarrollo supone un paso relevante para la industrialización de la tecnología, ya que los investigadores han conseguido fabricar las distintas capas de las células mediante técnicas compatibles con procesos de producción a mayor escala. En concreto, el equipo ha combinado la pulverización catódica (sputtering) con el recubrimiento mediante matriz de ranura (slot-die coating), dos métodos con amplia implantación industrial y potencial para aumentar la superficie de fabricación.
Un proceso de fabricación preparado para escalar
Uno de los principales retos de la fotovoltaica orgánica es trasladar los resultados obtenidos en células de pequeño tamaño a módulos de mayores dimensiones. Los procesos utilizados en laboratorio no siempre mantienen sus prestaciones cuando se incrementa la superficie de fabricación.
Según explica Uli Würfel, responsable del Departamento de Fotovoltaica Orgánica y de Perovskita del Fraunhofer ISE, el equipo ha conseguido aplicar prácticamente sin pérdidas las diferentes capas de las células mediante slot-die coating. Los electrodos posteriores se depositan previamente mediante pulverización catódica, una técnica que también está consolidada en la industria.
Este avance facilita el desarrollo de módulos fotovoltaicos semitransparentes de mayor superficie, uno de los requisitos necesarios para que esta tecnología pueda avanzar hacia aplicaciones comerciales.
Equilibrio entre transparencia y eficiencia
El aumento de la transparencia de una célula fotovoltaica implica, generalmente, una reducción de la cantidad de luz disponible para generar electricidad. Por ello, uno de los principales desafíos consiste en encontrar un equilibrio entre transmisión de luz y rendimiento energético.
En los módulos desarrollados por el equipo, con una superficie de 210,25 cm², se ha alcanzado una eficiencia máxima del 9,26 % junto con una transmisión media de luz visible del 43,2 %. Estos valores se traducen en una eficiencia de utilización de la luz (LUE) de hasta el 4,0 %.
Los resultados de la investigación fueron publicados en agosto en la revista científica Joule. Los investigadores consideran que el control alcanzado sobre el proceso de fabricación podría permitir incrementar todavía más la transparencia de los módulos sin provocar una pérdida significativa de eficiencia.
Aplicaciones en fachadas, invernaderos y vehículos
La combinación de transparencia y generación eléctrica abre la puerta a nuevos usos para los módulos fotovoltaicos semitransparentes. Aquellos dispositivos capaces de superar el 50 % de transmisión de luz podrían emplearse como alternativa a determinados elementos de vidrio convencional en fachadas de edificios e invernaderos.
La tecnología también puede resultar especialmente interesante en aplicaciones donde se busca deliberadamente una superficie tintada o parcialmente transparente, como techos de vehículos y determinados elementos arquitectónicos. En estos casos, un menor nivel de transparencia puede incluso convertirse en una característica funcional.
Cada uno de los módulos desarrollados incorpora más de 100 células solares conectadas mediante estructuración láser. La estructura incluye un electrodo posterior reflectante para el infrarrojo cercano, una capa absorbente basada en semiconductores orgánicos y un electrodo superior sin metal fabricado con el polímero PEDOT.
La empresa Heraeus Epurio desarrolló una nueva formulación de PEDOT para este electrodo, contribuyendo a mejorar la transparencia final de los módulos.
La tecnología también avanza hacia módulos flexibles
El proyecto de investigación Durchblick-PV también ha permitido desarrollar módulos fotovoltaicos orgánicos sobre película flexible. En este caso, la utilización del recubrimiento mediante slot-die resulta especialmente relevante porque esta técnica puede integrarse en procesos de fabricación roll-to-roll.
Las primeras pruebas de flexibilidad han mostrado resultados positivos. Los investigadores señalan que los módulos conservaron el 100 % de su eficiencia inicial después de 1.274 ciclos de flexión, realizados sobre una varilla de 15 milímetros de diámetro.
Las películas empleadas en estos ensayos fueron fabricadas por ROWO Coating. El siguiente objetivo del equipo será trasladar estos resultados a superficies de módulo de mayores dimensiones, acercando la fotovoltaica orgánica semitransparente y flexible a aplicaciones de mayor escala.
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