Nuevas Tecnologias

Uso del oro falso en la energía solar

Cyrus Wadia está utilizando materiales abundantes para cultivar nanocristales y utilizarlos en dispositivos fotovoltaicos de menor coste.

El oro falso, también llamado pirita o sulfuro de hierro, se puede extraer de prácticamente cualquier sitio, desde los montes de California hasta los pueblos de la Provincia de Yunnan en China. No obstante, en vez de extraer la pirita, el investigador Cyrus Wadia está fabricando nano-partículas puras a partir de un compuesto de sales de hierro y azufre en su laboratorio de la Universidad de California, Berkely. El objetivo final es hacer que el oro falso se convierta en un verdadero tesoro: una célula solar de bajo coste.

Hoy día la mayoría de las células solares están hechas de silicio, aunque su precio es elevado: el silicio es abundante, pero para convertirlo en un material fotovoltaico es necesario un proceso largo e intenso a nivel energético. Los materiales como el teluro de cadmio y el cobre indio galio diselenido son más simples de procesar, y con ellos se pueden producir células de película fina a menor coste. No obstante, los elementos necesarios para crear estos compuestos, tales como el teluro y el galio, son demasiado poco frecuentes como para cumplir con la demanda energética mundial.

Por tanto, Wadia llevó a cabo un estudio de posibles materiales para células solares, examinando no sólo su química y física sino también su disponibilidad. Uno de los materiales más destacados fue el oro falso: es abundante y barato, y posee propiedades ópticas que le permiten convertir la luz del sol en electricidad de forma eficiente. “La eficiencia teórica del sulfuro de hierro es del 31 por ciento. Igual de buena que la del silicio,” afirma Wadia. Es más, 20 nanómetros de pirita son capaces de absorber tanta luz como 300 micrómetros de silicio. Puesto que absorbe tanta luz, se pueden fabricar células más finas, lo que requiere el uso de menos material. 

Matthew Beard, científico senior en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Golden, Colorado, cree que Wadia y sus colegas “resultan muy convincentes a la hora de apostar por estos materiales.” Aunque la escasez de los elementos utilizados en las películas finas más actuales no es un problema por ahora, sí será problemática a largo plazo, afirma Beard. Mientras tanto, existe un problema más inmediato: algunos de esos elementos son tóxicos. Estos problemas hacen que merezca la pena desarrollar alternativas como la pirita.

Los intentos anteriores por crear células solares con pirita dieron como resultado dispositivos que, en el mejor de los casos, convertían sólo un 2,8 por ciento de la luz del sol en electricidad. Wadia cree que la baja eficiencia se debe a inconsistencias en la estructura de cristal de la pirita. Él es el primer en crear nanopartículas de pirita, y su método da como resultado cristales de pirita con una estructura uniforme y favorable. El material resultante, según cree, será mejor que la pirita convencional utilizada en las células solares.

Creaciones cristalinas

La estructura de cristal de la pirita puede tomar varias formas. No obstante, sólo una de ellas tiene las propiedades eléctricas que hacen que la pirita sea un buen material solar, y hay que alcanzar un pH y una temperatura exactos para generar una solución de nanocristales que existan únicamente en esa forma. Para fabricar los cristales, Wadia pipetea sales de hierro calcáreas anaranjadas, sales de sulfuro transparentes y un surfactante iridiscente burbujeante dentro de un cilindro de metal revestido con Teflon. El surfactante hace que las partículas no se agrupen mientras son cultivadas. Después sella el cilindro dentro de un contenedor autoclave y lo hornea a 200 °C durante cuatro horas. Después de extraerlo, Wadia desatornilla el bote, revelando un líquido transparente con una capa negra en el fondo: nano-cristales de pirita pura de alrededor de 100 a 500 nanómetros de un extremo a otro.

Para convertir la luz en electricidad utilizable, las células solares necesitan dos tipos distintos de semiconductores. Cuando los fotones alcanzan el sulfuro de hierro, los electrones en el compuesto se excitan—aunque esas cargas negativas no pueden salir de la célula y pasar a un circuito externo a no ser que un compuesto con propiedades eléctricas distintas, llamados agujeros, las extraiga. Un candidato para llevar a cabo este trabajo es el sulfuro de cobre, otro material de bajo coste y abundante que Wadia ha convertido en nanocristales en colaboración con Yue Wu, en la actualidad profesor asistente de ingeniería química en la Universidad Purdue.

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