Número 11
Física cuántica para atrapar la energía del sol

Las graves consecuencias del cambio climático ya se están sintiendo en muchos lugares del mundo. Hay incrementos de temperatura, alteraciones drásticas de las precipitaciones de lluvia y nieve, aumento del nivel del mar y mayor frecuencia de fenómenos atmosféricos violentos, entre otros efectos. La Región de Murcia es muy vulnerable a estos cambios, siendo una zona fronteriza entre el clima mediterráneo y el desértico.           

Así lo entiende Antonio Urbina, profesor de la Universidad Politécnica de Cartagena e investigador principal del Grupo de Excelencia de la Región de Murcia financiado por la Fundación Séneca ‘Quantum Energy’, para quien la principal causa del cambio climático es el incremento de la concentración de CO2 en la atmósfera, provocado por la quema de combustibles fósiles. “Su mitigación requiere un cambio en el modelo energético que reduzca el consumo, aumente la eficiencia energética y sustituya la generación de energía basada en petróleo, carbón y gas natural por fuentes renovables”, señala.

El proyecto ‘Quantum Energy’ se centra en la investigación de nuevas tecnologías de energía solar fotovoltaica. Junto al material más utilizado hasta la fecha para la construcción de paneles solares, que es el silicio, desde hace unos años se están empleando otros más novedosos. Algunos de ellos son materiales inorgánicos, como aleaciones de teluro de cadmio (CdTe), o de cobre, indio, galio y selenio (CIGS), que sin embargo tienen el problema de que son caros, contaminantes y, algunos de ellos, escasos en la naturaleza. La alternativa son los materiales orgánicos o híbridos, en los cuales se centra este proyecto.

Más recientemente se están fabricando células solares con diversas combinaciones de materiales funcionales avanzados, como son los polímeros conjugados (un tipo especial de plásticos que conducen electricidad), los derivados de fullerenos (una molécula con 60 átomos de carbono en forma de balón de fútbol) y más recientemente materiales híbridos con estructura de perovskita (una estructura cristalina conocida desde hace tiempo y que aparece también en los materiales superconductores). En este proyecto se fabrican células solares funcionales con estos materiales, desarrollando al mismo tiempo modelos teóricos para explicar los procesos de fotogeneración de carga y transporte de energía dentro del material.

Nuevas tecnologías fotovoltaicas

La originalidad del proyecto ‘Quantum Energy’ está resumida en su título: “estamos aplicando modelos de la física cuántica para poder explicar los fenómenos que ocurren en el material cuando los fotones inciden en él. El tipo de efectos cuánticos observados permiten comprender mejor los fenómenos de generación y transporte de energía eléctrica a partir de la luz del sol en este tipo de materiales”, explican los autores. Estas nuevas teorías están inspiradas en el estudio en profundidad del proceso de fotosíntesis en las plantas y buscan imitar en materiales artificiales la alta eficiencia en el aprovechamiento de la energía solar presente en la naturaleza.

Las nuevas tecnologías fotovoltaicas emergentes ya están obteniendo una eficiencia en la conversión de potencia similar a la obtenida con silicio (alrededor del 20% en módulos comerciales) y continúa subiendo. Además, los nuevos módulos fabricados son flexibles, ligeros y baratos. Todavía deben resolverse algunos problemas como, por ejemplo, su rápida degradación bajo la luz del Sol, lo que obviamente no es bueno para una célula solar, siendo este uno de los aspectos que se investigan en este proyecto.

Muy pronto la energía solar fotovoltaica va a ser una de las principales fuentes de generación eléctrica a nivel mundial. “Nuestro país, y en especial la Región de Murcia, podrá ser una gran beneficiaria de la aplicación de esta tecnología que estamos contribuyendo a desarrollar”, concluye.

 

Antonio Urbina, es profesor de la Universidad Politécnica de Cartagena e investigador principal del GERM de la Fundación Séneca ‘Quantum Energy’.