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Ingeniería

Nanotubos de titanio para paneles solares potencialmente eficientes



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"La tecnología de las celdas solares no ha cambiado mucho con el tiempo, y todavía predominan las células solares de silicio", explica el Dr. Craig Grimes, profesor de Ingeniería Eléctrica, Ciencia de los Materiales y Diseño en la Universidad Estatal de Pensilvania. "Se gasta mucha energía, 5 gigajoules por metro cuadrado, para fabricar células solares de silicio. Puede argumentarse en primer lugar que dichas celdas nunca recuperan del todo la energía empleada en fabricarlas".

El nuevo enfoque consiste en desarrollarlas con pigmentos sensibles a la luz, que ya se han fabricado usando nanopartículas y diversos pigmentos.

Los investigadores están estudiando los nanotubos de titanio para reemplazar las capas de partículas en el pigmento sensible de las células solares, y su esfuerzo inicial produjo aproximadamente una conversión del 3 por ciento de energía solar en electricidad. La incapacidad de los investigadores para hacer crecer nanotubos de titanio más largos, disminuyó la proporción de la conversión solar.

"Pienso, y otros investigadores también lo creen, que podemos alcanzar una proporción del 15 por ciento de conversión con estas células", declara Grimes. "Este 15 por ciento se logrará con un sistema de fabricación bastante fácil y comercialmente viable".

Las celdas solares convencionales están hechas de bloques monolíticos de cristal de silicio, fabricado lentamente, que es rebanado en obleas. Grimes y su equipo usan un enfoque más fácil; cubren un pedazo de cristal con óxido de estaño dopado con flúor, y entonces proyectan encima una capa de titanio. Actualmente, los investigadores pueden extender una capa de titanio de 500 nanómetros de espesor, posteriormente anodizada al ser puesta en un baño ácido con una corriente eléctrica moderada. Los nanotubos de dióxido de titanio crecen hasta aproximadamente 360 nanómetros. Los nanotubos son entonces calentados en oxígeno para que cristalicen. El proceso convierte la capa opaca de titanio en una capa transparente de nanotubos.

Esta serie de nanotubos es después recubierta con un pigmento disponible comercialmente. El pigmento que recubre los nanotubos constituye el electrodo negativo, y un electrodo positivo sella la celda que contiene un electrolito yodado. Cuando la luz del sol atraviesa el cristal, la energía incide sobre las moléculas del pigmento y se libera un electrón. Si este electrón y otros encuentran su camino fuera del tubo hacia el electrodo negativo, fluye una corriente. Muchos electrones no lo encuentran y son recombinados, pero la estructura de los tubos de dióxido de titanio permite que la cantidad de electrones que fluyen sea un orden de magnitud mayor que con las capas de partículas.

El espesor de la capa de titanio impide obtener mayor altura de los nanotubos. Con capas iniciales más espesas y tubos más largos, se producirían más electrones que no se recombinarían, generando más electricidad.



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