En el contexto actual, donde la sostenibilidad energética se ha vuelto una preocupación urgente, las celdas solares sensibilizadas por pigmentos (DSSC) destacan como una opción prometedora en la generación de energía solar debido a su bajo potencial a efectos adversos en el medio ambiente. Cabe destacar que las células solares convencionales, especialmente aquellas basadas en silicio pueden causar un alto impacto ambiental debido a la intensiva extracción y procesamiento de recursos naturales, la generación de residuos tóxicos durante su fabricación y el elevado consumo de energía, con una huella de carbono de 65,08 KgCO2 no equivalentes [1].
Las DSSC utilizan un pigmento fotosensible para convertir la radiación solar en corriente eléctrica. Su configuración típica incluye una especie de ventana transparente que deja entrar la luz solar con una capa delgada que atrapa la luz y la transforma en electricidad (semiconductor nanoporoso impregnado de pigmento o fotoelectrodo), un líquido especial que ayuda a llevar esa electricidad de un lugar a otro (electrolito), y finalmente un componente que recoge toda esa electricidad generada (contraelectrodo) conduciéndola a través de un circuito externo. Estas partes trabajan en conjunto para lograr la conversión de la energía radiante solar en energía eléctrica (ver Figura 1), aprovechando la eficiencia de absorción luminosa de los pigmentos, los cuales pueden ser obtenidos de diversas fuentes como frutas, vegetales, flores y semillas.
El grupo de Investigación SINERGIA Tecnoacademia-Tecnoparque del SENA, ha llevado a cabo investigaciones y desarrollos en las áreas de biotecnología, nanotecnología y ciencias básicas, centrándose en las DSSC. En uno de estos estudios se utilizaron residuos orgánicos, como la cáscara de naranja, para extraer pigmentos fotosintéticos. Los pigmentos hallados en la cáscara de naranja mostraron una notable eficiencia en la absorción de radiación electromagnética, especialmente en el rango espectral de 400 a 500 nanómetros, lo que los convierte en candidatos ideales para la conversión fotovoltaica de la energía solar. Además, se enfatizó en la preparación meticulosa del fotoelectrodo, compuesto por nanopartículas de óxido de zinc (ZnO), así como en la fabricación precisa del contraelectrodo utilizando carbón activado de biomasa residual. Estos procesos garantizan la calidad y eficacia de los componentes fundamentales de la DSSC durante su construcción y ensamblaje.
La caracterización de la superficie del fotoelectrodo utilizando un instrumento conocido como microscopio electrónico de barrido (SEM) –dispositivo especializado que permite observar detalles minúsculos en la superficie de los materiales– reveló una estructura porosa que podría mejorar la captación de radiación solar, lo que se traduciría en una mejora en la eficiencia de las celdas fotovoltaicas. Además, se destaca que las pequeñas partículas de ZnO presentes en el fotoelectrodo presentaron una superficie porosa, con un tamaño adecuado para que se complemente con los pigmentos extraídos de las cascaras de naranja.
En el Centro de Excelencia en Nuevos Materiales (CENM) de la Universidad del Valle, utilizando el equipo SOL-CENM-098, se detectó un voltaje en circuito abierto (Voc) de 577,6 mV para la DSSC. Durante estas pruebas, la célula fue sometidas a una irradiancia constante, simulando la radiación solar máxima, en un área de muestra de 3,65 cm2. Aunque los resultados fueron alentadores, se encontraron desafíos relacionados con los valores de corriente, lo que resalta la necesidad de realizar ajustes y optimizaciones adicionales en el sistema para que pueda llegar a ser aplicable.
La obtención de materiales para las DSSC es una investigación crucial, donde el ensamblaje y la validación del prototipo son actividades clave. La construcción de estas celdas es vital para mitigar el impacto ambiental y promover la economía circular al utilizar residuos orgánicos descartados. Se subraya la importancia de realizar estudios detallados sobre la interacción entre los materiales y la radiación solar, así como la necesidad de desarrollar métodos de fabricación más eficientes y sostenibles, con el objetivo de establecer estándares de producción que garanticen la viabilidad comercial y la aplicación generalizada de estas innovadoras tecnologías.
El Centro de Desarrollo Tecnológico – Creatic está actualmente inmerso en investigaciones que exploran nuevas tecnologías para la producción de energía. Uno de sus avances notables se centra en el desarrollo de soluciones relacionadas con la gestión y el aprovechamiento energético de la biomasa residual. Estos avances se fundamentan en los principios de economía circular, transición energética y la promoción de una cultura orientada hacia la educación y conciencia ambiental, tanto entre la población general como en el ámbito industrial.
[1] C. A. Guzman, “Análisis del impacto ambiental de diferentes tipos de paneles solares según los materiales utilizados y los componentes tóxicos generados”, Monografía para Especialización en Gestión Ambiental, Fundación Universidad de América, Bogotá, Colombia, 2017.@
