Las células solares de plástico tienen un peso ligero, son flexibles y, más importante aún, su fabricación resulta económica. Sin embargo, hasta ahora este tipo de dispositivos han resultado ser demasiado poco eficientes como para competir con las células solares de silicio en la mayoría de las aplicaciones. Grupos de científicos de diversas instituciones acaban de proclamar que han creado células solares a partir de un polímero y capaces de batir récords en cuanto a eficiencia. Estas células todavía no son lo suficientemente buenas como para competir con las de silicio, pero el grado de eficiencia del polímero se ha visto aumentado a un ritmo de un 1 por ciento anual. Si siguen subiendo a este ritmo, según los investigadores, las células solares de plástico serán capaces de competir con el silicio en unos cuantos años.

Esta semana, en la edición online de Nature Photonics, un grupo de investigadores informó acerca de unas células solares a partir de polímeros que convertían alrededor de un 6,1 por ciento de la energía del sol en electricidad—acercándose un poco más al 10 por ciento que, según ellos, sería necesario para ganar una cuota significativa en el mercado. (Las células convencionales de silicio tienen un rendimiento del 15 por ciento.) Este nuevo grado de eficiciencia “nos demuestra que podemos ser competitivos,” señala Alan Heeger, profesor de física de la Universidad de California, Santa Bárbara, que dirigió la investigación. Heeger compartió el Premio Nobel de Química en el año 2000 gracias a su papel en el desarrollo de los primeros polímeros conductores, y es cofundador y director científico en Konarka, una compañía de células solares de plástico con sede en Lowell, Massachussets.

En comparación con las descripciones de células solares a partir de polímeros publicadas con anterioridad, cuya eficiencia se encuentra alrededor del 5 por ciento, los resultados de los investigadores de California son muy favorables. Konarka señala que las células de la compañía, que utilizan un material distinto al de las células fabricadas en el laboratorio universitario de Heeger, recientemente han alcanzado el 6,4 por ciento. Según informa un investigador afiliado, existe un competidor son sede en San Mateo, California, llamado Solamer Energy, y que ha fabricado células de plástico con grados de rendimiento similares.

Las células solares de plástico, al margen de lo bien que puedan estar diseñadas, tienen limitaciones intrínsecas dictadas por los polímeros que forman su capa activa. Los polímeros creados hasta la fecha sólo pueden absorber bandas de luz relativamente estrechas. Es posible aumentar su grado de eficiencia a la hora de convertir la energía mediante la superposición de distintas películas de polímero diseñadas para capturas distintas bandas de luz; de hecho, en este sentido el grupo de Heeger ha logrado tener éxito en el pasado. Sin embargo este método tiene una desventaja principal. “Colocar varias capas acaba yendo en nuestra contra, puesto que se incrementa el coste de fabricación,” señala Luping Yu, profesor de química orgánica en la Universidad de Chicago, y que también se dedica a las células solares.

Un método para mejorar el rendimiento de estas células consiste en asegurarse de que cada fotón que es absorbido por los polímeros realmente acabe convirtiéndose en un electrón que pueda ser recolectado. El grupo de Heeger logró aumentar el rendimiento general de sus células gracias a un incremento de esta eficiencia interna. La facilidad para que los electrones se muevan entre estas películas depende de la calidad de la interfaz entre los dos componentes que forman la película: en la célula de la Universidad de California, se trata de un polímero conductor y de una versión de un componente de carbono con forma de pelota de fútbol llamado fulereno. El grupo de Heeger puso a prueba películas fabricadas con distintos ratios de estos componentes, así como con distintos solventes para procesarlas.

Como resultado se obtiene una célula con una eficiencia interna casi perfecta. “Toda la luz que es absorbida acaba convirtiéndose en cargas,” señala Zhenan Bao, profesora asociada de ingeniería química en la Universidad de Stanford, y que no estuvo involucrada en la investigación. “Este grupo ha realizado un trabajo de ingeniería estupendo con estas células.”

“Todo el progreso realizado resulta interesantísimo,” afirma Yang Yang, profesor de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad de California, en Los Angeles. “Esto supone un gran avance.” Heeger está de acuerdo: “El tamaño del mercado depende del coste en dólares por cada vatio, así que el incremento de la eficiencia es algo importante.”

Mientras que Yang, Bao y Heeger afirman que las cifras que ha alcanzado el grupo de Heeger son una demostración importante del potencial de las células solares a partir de polímeros, todos coinciden en que los materiales existentes en la actualidad no son los que harán que este tipo de industria avance. “Un diez por ciento [de eficiencia] supondría un gran avance,” señala Heeger. “Podemos alcanzar esa cifra al sintetizar nuevos materiales que respondan más al espectro de energía.”

“Los materiales orgánicos aún están limitados a la luz visible,” señala Yang, aunque gran parte de la energía del sol se encuentra en la zona al borde del espectro—los infrarrojos—así que los científicos especializados en polímeros están enfocando sus esfuerzos en la creación de materiales para células solares que sean capaces de absorber este tipo de banda. Yu, de la Univesidad de Chicago, que colabora con Solarmer Energy, señala que la compañía ha utilizado sus polímeros, que absorben una longitud de onda de luz más corta, para construir células que deberían ser capaces de alcanzar más de un 7 por ciento de eficiencia, aunque no puede entrar en detalles puesto que los resultados aún no han sido publicados.