La integración de módulos fotovoltaicos en superficies construidas, en edificios o calles urbanas, no siempre es un éxito estético ya que las tecnologías fotovoltaicas son opacas o semitransparentes y solo se pueden instalar en cubiertas o en fachadas no transparentes o semitransparentes. El proyecto europeo Impressive asumió el reto de desarrollar células fotovoltaicas transparentes que se pueden integrar a gran escala como ventanas en edificios.
El objetivo se ha basado en desarrollar tecnología fotovoltaica visualmente no intrusiva, estéticamente agradable, totalmente transparente e incolora, a la vez que eficiente y de bajo costo. Esta tecnología ayuda a reducir el uso de energía y los costos operativos en los edificios.
Coordinado por el Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS), el proyecto Impressive, financiado por el programa europeo Horizonte 2020 con cerca de 3 millones de euros, finalizó el pasado mes de junio tras más de tres años de trabajo. En el consorcio han trabajado varias universidades y empresas de Francia, Suiza, Italia y Países Bajos.
Pantalla tándem fotovoltaica transparente e incolora
En la actualidad, la mayoría de las tecnologías fotovoltaicas absorben el dominio visible del espectro de luz, por lo que estos dispositivos no son transparentes. El proyecto Impressive ha trabajado para llegar a dispositivos incoloros y totalmente transparentes. Para alcanzar este objetivo, el enfoque se basa en una célula solar híbrida de perovskita UV en tándem y una célula solar sensibilizada con colorante NIR. La solución se beneficia del último desarrollo en células solares de perovskita (PSC) y células solares sensibilizadas por colorante (DSSC) con sus dispositivos de unión en tándem.
La intención del proyecto era que la tecnología fotovoltaica convirtiera selectivamente la luz más allá de la sensibilidad del ojo humano. Para crear una pantalla tándem fotovoltaica totalmente transparente e incolora, el consorcio de Impressive desarrolló dos absorbentes: un absorbente UV eficiente basado en células solares de perovskita y un absorbente de infrarrojo cercano (NIR) basado en células solares sensibilizadas por colorante.
Cuando se combinan estas tecnologías, se convierte la energía del sol con una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 14% y un nivel de transmitancia visible promedio (AVT) superior al 55%. La tecnología separada permite alcanzar un PCE de hasta el 8% y un nivel de AVT de hasta el 80%, lo que permite el mismo aspecto que el de una ventana de doble acristalamiento.
Una ventana que genera electricidad aprovechando la luz solar
El proyecto Impressive demostró que la perovskita UV semitransparente puede alcanzar más del 10% de PCE con un AVT de aproximadamente el 60%. A través de una composición específica y arquitectura de dispositivo, los investigadores consiguieron mostrar la posibilidad de pasar el protocolo de prueba de envejecimiento acelerado IEC61646, un importante cuello de botella resuelto hacia la industrialización, según explican los investigadores del proyecto.
De forma paralela, el Centro Nacional Francés de Investigación Científica ha patentado una nueva familia de sensibilizadores selectivos NIR que ofrecen un mayor rendimiento y estabilidad y alcanzan una excelente transparencia cuando se integran en células solares sensibilizadas por colorante específicamente optimizadas.
“Nuestra ventana fotovoltaica permite la reducción de aire acondicionado durante el verano y calefacción durante el invierno en edificios y hogares, debido a la tecnología interna que tiene absorción específica en una parte del NIR (800-1000 nm) y reflectividad en la otra región NIR (> 1000 nm). Ofrecemos una ventana que produce electricidad totalmente descarbonizada aprovechando la luz solar”, explica Frédéric Sauvage, director de investigación del Centro Nacional Francés de Investigación Científica.
Tecnología fotovoltaica ecológica hacia la industrialización
En comparación con la tecnología fotovoltaica que se produce actualmente, que requiere monocristales de alta calidad que incluyen varios pasos de purificación al vacío y/o a altas temperaturas (> 1000 °C), la tecnología de Impressive es más ecológica en lo que respecta al tiempo de recuperación de la energía, menos de 3 meses, y emisiones de CO2.
Diferentes sectores se podrían beneficiar de esta tecnología. Además de para integrarse como ventanas en edificios, lo que incrementaría considerablemente la superficie disponible para generar energía solar, adicionalmente permitirá reducir la necesidad de aire acondicionado, ya que las células absorberán el NIR, responsable de calentar los edificios durante el verano, y también mejorará el aislamiento térmico de las ventanas durante el invierno.
Además, esta tecnología se podría integrar en el mobiliario urbano, como una tecnología no intrusiva y generadora de energía; en el sector agrovoltaico, ya que gracias a la energía fotovoltaica transparente los invernaderos podrían ser autosuficientes; y en la movilidad, combinando vehículos y energía fotovoltaica transparente.
Una de las principales prioridades del proyecto Impressive es garantizar la rápida integración en el mercado de la solución desarrollada. Con el objetivo de sustituir las ventanas pasivas por ventanas productoras de electricidad, el consorcio está trabajando activamente para seguir mejorando el rendimiento de las dos tecnologías y llevar la madurez de esta tecnología fotovoltaica hacia la industrialización.