El avance de la tecnología solar para capturar la mayor cantidad de luz posible, convertirla en energía y hacerla disponible para dar respuesta a las necesidades energéticas es clave en la transición ecológica hacia un uso más sostenible de las fuentes energéticas. En base a esto, la Universidad de Córdoba y el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (Alemania) están trabajando conjuntamente para desarrollar un nuevo material que permita absorber la luz y almacenar la energía de manera simultánea. Ambas instituciones están diseñando una batería solar a partir de un material abundante, no tóxico y fácil de sintetizar basado en nitruro de carbono 2D.
En este proceso entre la captación de la luz por parte de la celda solar y la demanda energética de, por ejemplo, los electrodomésticos de los hogares, el almacenamiento juega un papel crucial, ya que la disponibilidad de la energía solar presenta una intermitencia inherente. Para facilitar ese proceso de almacenaje y hacer frente a problemáticas como el impacto ambiental de su extracción, su reciclaje o la escasez de algunos de los materiales necesarios para las baterías convencionales, como el litio, nace el concepto de ‘batería solar’, que permite combinar las celdas solares que captan la luz y el almacenamiento de la misma en un mismo dispositivo, que permite luego usar la energía a demanda.
En este contexto, la Universidad de Córdoba y el Instituto Max Planck han realizado un estudio en el que se exploran las características de diseño de una batería solar diseñada a partir de un material basado en nitruro de carbono 2D.
Los investigadores tuvieron que depositar una capa delgada de ese material (nitruro de carbono potasio 2D, poli(heptazinaimida), K-PHI) creando una estructura estable para comenzar a fabricar un dispositivo fotovoltaico, ya que normalmente ese material se encuentra en forma de polvo o en suspensiones acuosas de nanopartículas.
Ese trabajo previo permitió diseñar una batería solar que, combinando simulaciones ópticas y experimentos fotoelectroquímicos, da una visión de las características de este dispositivo con buen rendimiento a la hora de capturar la luz solar y almacenar la energía.
Estructura de la batería solar
La estructura física del dispositivo consiste en un vidrio de alta transparencia, que presenta un recubrimiento conductor transparente (para permitir el transporte de carga), y una serie de capas de materiales semitransparentes (con diferentes funcionalidades), y otro vidrio conductor que cierra el circuito.
Se trataría de una especie de ‘sándwich’ a partir de diversas capas cuyos grosores han sido estudiados para maximizar tanto el nivel de absorción de luz como el almacenamiento. En este caso, el sistema que proponen puede absorber la luz por ambos lados, ya que es semitransparente. Asimismo, comprobaron que la iluminación trasera tenía ciertas ventajas, algo que consiguieron dilucidar haciendo un diseño teórico previo acorde a las restricciones experimentales.
Este dispositivo presentaría una gran versatilidad, ya que permite tanto obtener una gran corriente de forma puntual (como la que necesita un flash de fotografía) como una corriente menor pero sostenida en el tiempo (como la que necesita un teléfono móvil).
En los próximos pasos del proyecto, los investigadores continuarán estudiando su funcionamiento ante diversas situaciones, fuera de laboratorio y adecuándose a las posibilidades y necesidades de fabricación.