Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/174/15
México, D.F., 24 de julio de 2015

• Implementando procesos más sencillos y menos tóxicos que los tradicionales en su fabricación, la investigadora Araceli Ríos, de Cinvestav Unidad Mérida, diseñó celdas fotovoltaicas de mejor eficiencia en la transformación de energía
• La eficiencia que logró la investigadora fue del 14.6%, una cifra alta si se le compara con el récord que se obtuvo en la época en que se construyeron, en el 2012, con los mismos materiales por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos, que llegó 16.7%

Araceli Ríos Flores, del Departamento de Física Aplicada en el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Mérida, fue reconocida con el Premio Weizmann 2014, en el área de ingeniería y tecnología.
Foto: Cortesía de la investigadora.
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De acuerdo con la Agencia Internacional de Energía, las energías renovables – entre ellas la energía solar, eólica, geotérmica, marina, de transformación de residuos y de pequeñas hidroeléctricas- contribuyeron apenas en un 9.1 % a la generación mundial de energía en el 2014.

Para incrementar este porcentaje, cada año, diferentes grupos de investigación en el mundo trabajan desde la mejora de los dispositivos que transforman los diferentes tipos de energía a eléctrica hasta cómo escalar todos los procesos de conversión energética a escala industrial.

Este es el caso de Araceli Ríos Flores, quien diseñó celdas fotovoltaicas implementando procesos más sencillos y menos tóxicos que los tradicionales durante su fabricación, además de eficientes en la transformación de energía, que podrían ser escalables a nivel industrial.

Con este trabajo, realizado en el Departamento de Física Aplicada del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Mérida, la investigadora obtuvo uno de los Premios Weizmann 2014 por mejor tesis de doctorado en el área de ingeniería y tecnología que otorgan la Academia Mexicana de Ciencias junto con la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias.

Las celdas fotovoltaicas están hechas de delgadas capas de materiales semiconductores sensibles a la luz. Al incidir la energía luminosa se produce en estos un desprendimiento de electrones, lo cual provoca una diferencia de cargas entre sus caras y, con ello, un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

Son muchos factores los que influyen en el funcionamiento y rendimiento de las celdas solares: las técnicas de obtención de los compuestos, qué tanta limpieza o control requieren, qué tan fácil se obtienen los materiales y qué tan económicos son, aspectos que inciden en la construcción de cierto tipo de celda, comentó la doctora en físico-química.

“Todas ofrecen alguna bondad, así que utilizar una celda u otra dependerá de las facilidades e intereses que tenga cada grupo de investigación para estudiar y mejorar las características de sus componentes”. En la actualidad se prueban diferentes tipos de materiales y distintas arquitecturas, entre otros factores, para mejorar el funcionamiento de dichos dispositivos.

El componente clave que Araceli Ríos y sus colegas emplearon para construir las celdas solares fue el teluro de cadmio -el segundo más empleado en el mundo después de los de silicio debido a su simplicidad, bajo costo en su procesamiento y buenos resultados. “Las celdas que diseñamos miden 0.21 cm² y tienen seis capas; en cada fase de construcción de una nueva capa estudiamos las diferentes variables que podrían influir al final en el desempeño del dispositivo, como la temperatura”.

Por otro lado, para potenciar la eficiencia de los materiales se suele realizar un proceso conocido como activación y para el cual se utiliza cloro, sin embargo, éste se obtiene generalmente de polvos muy agresivos, contaminantes y tóxicos pues es fácil que penetren en la piel de quien los está manejando. “Para evitar esto, empleamos en su lugar un gas de la familia de los freones, de él se obtiene el cloro necesario para la activación, que es inerte y no tóxico. Esto permite que se coloque el dispositivo en construcción dentro de una cámara cerrada donde se hace el proceso de activación, una vez que se termina, se retira el gas y el dispositivo sin ningún riesgo”, aseguró.

Con todo esto, Araceli Ríos y su equipo lograron obtener, mediante un proceso sencillo, celdas con una eficiencia del 14.6%, una cifra alta si se le compara con el récord que se obtuvo en la época en que se construyeron, en el 2012, con esos mismos materiales, por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos, que llegó 16.7%.

En esa época, el récord lo teníamos nosotros a nivel latinoamericano. En la literatura se reportan celdas de este tipo con 20-25% de eficiencia pero tienen áreas muy pequeñas.

“Otra diferencia es en los procesos de obtención, que son más sencillos los de teluro de cadmio, son más fáciles de escalar que los tradicionales de silicio. Es un reto pasar del laboratorio a una línea de producción porque se escala y al hacer esto hay que ver todos los aspectos que influyen en la estructura de cada capa”, agregó.

Aunque la investigadora ahora se enfoca a la parte termo solar, aseguró que su trabajo sirvió como base para establecer una línea de investigación en el laboratorio del Cinvestav, para hacer celdas tipo paneles de 100 cm², proyecto que ya está en ejecución y en búsqueda de financiamiento.

Alejandra Monsiváis Molina.