A medida que los países de todo el mundo buscan fuentes de energía sostenibles, las energías renovables, como los paneles solares fotovoltaicos, tienen una gran demanda. Sin embargo, el despliegue de grandes parques solares para alimentar a la creciente población mundial es difícil y puede ocupar mucho espacio.
Investigadores de la Escuela Samueli de Ingeniería de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) han explorado ahora una nueva aplicación viable de las células solares que no requiere grandes terrenos. Han desarrollado un prototipo de invernadero en miniatura con el techo construido con células solares semitransparentes que dio como resultado un mejor crecimiento de las plantas que un invernadero tradicional.
La fotovoltaica orgánica semitransparente es una tecnología emergente de captación de energía solar con aplicaciones prometedoras, como el suministro de energía desde el tejado para invernaderos ecológicos. Sin embargo, el principal inconveniente que ha impedido su uso generalizado hasta ahora es su falta de estabilidad.
Las células solares orgánicas tienden a degradarse más rápidamente que sus homólogas inorgánicas porque la luz solar puede hacer que los materiales orgánicos se oxiden y pierdan así electrones.
El equipo ha desarrollado una estrategia para aumentar las células solares orgánicas semitransparentes que se basan en materiales a base de carbono, a diferencia de las sustancias inorgánicas de los dispositivos convencionales. Añadieron un nuevo ingrediente: una capa de una sustancia química natural llamada L-glutatión, que se vende como suplemento dietético antioxidante sin receta médica.
Los investigadores descubrieron que la capa adicional impedía que los demás materiales de la célula solar se oxidaran y descompusieran. Prolongaba la vida útil de las células solares, mejoraba su eficiencia y permitía que la luz solar llegara a las plantas en un prototipo de invernadero del tamaño de una casa de muñecas.
En las pruebas, las células solares orgánicas con esta capa protectora mantuvieron una eficiencia superior al 80% tras 1.000 horas de uso continuo, mientras que las que no la tenían descendieron a menos del 20% en ese tiempo.
Los investigadores también siguieron el crecimiento de cultivos comunes, como trigo, judías y brócoli, en dos prototipos de invernadero en miniatura. Uno tenía un techo de cristal transparente con segmentos de células solares inorgánicas, y el otro tenía un techo hecho enteramente de células solares orgánicas semitransparentes.
La fotovoltaica orgánica semitransparente demostró una eficiencia de conversión de potencia del 13,5% y una transmitancia visible media del 21,5%.
Además, el equipo descubrió que los cultivos del invernadero con el techo solar orgánico crecían, sorprendentemente, más que los de un invernadero normal. Los investigadores sugieren que esto se debe a que la capa de L-glutatión bloquea los rayos ultravioleta, que pueden inhibir el crecimiento de las plantas, y los rayos infrarrojos, que pueden hacer que los invernaderos se sobrecalienten y que las plantas del interior necesiten más agua.
No esperábamos que las células solares orgánicas superaran a un invernadero convencional con cubierta de cristal. Pero repetimos los experimentos varias veces con los mismos resultados y, tras nuevas investigaciones y análisis, descubrimos que las plantas no necesitan tanta luz solar para crecer como habíamos pensado en un principio. De hecho, demasiada exposición al sol puede hacer más mal que bien, especialmente en climas como el de California, donde la luz solar es más abundante.
Yepin Zhao, autor principal de la investigación y becario postdoctoral de la UCLA
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Ariel Ramirez
30 de Marzo 2023