Ingenieros de la Universidad Rice han sugerido una nueva y colorida solución para el desarrollo de la futura tecnología fotovoltaica integrada en edificios: concentradores solares luminiscentes en las ventanas.
Dirigido por Rafael Verduzco y la investigadora postdoctoral y autora principal Yilin Li de Rice’s Brown School of Engineering, el equipo diseñó y construyó «ventanas» cuadradas que intercalan un polímero conjugado entre dos paneles acrílicos transparentes.
Esta delgada capa de polímero conjugado fue diseñada para absorber la luz en una longitud de onda específica y guiarla a los bordes del panel donde se disponen las células solares. Los polímeros conjugados son compuestos químicos que se pueden ajustar con propiedades físicas y químicas específicas dependiendo de la aplicación, como su uso en films conductores o sensores para dispositivos biomédicos.
El compuesto de polímero desarrollado en el Laboratorio de Rice se llama PNV (por poli[naftaleno-alt-vinileno]) y es capaz de absorber y emitir luz roja, pero ajustando sus componentes moleculares se puede hacer que absorba la luz en un múltiples colores. La ventaja de este material es que es capaz de aceptar la luz en cualquier dirección, pero restringe su salida, concentrándola en las células solares que convierten la luz en electricidad.
“La motivación de esta investigación es resolver problemas energéticos para los edificios a través de la energía fotovoltaica integrada. En este momento, los techos solares son la solución principal, pero es necesario orientarlos hacia el sol para maximizar su eficiencia, y su apariencia no es muy agradable. Pensamos, ¿por qué no podemos hacer colectores solares coloridos, transparentes o translúcidos y aplicarlos al exterior de los edificios?” explica Li.
Si bien es cierto que la cantidad de energía generada por las unidades de prueba están todavía muy por debajo de las células solares comerciales, estas ventanas con concentradores solares luminiscentes nunca dejarían de funcionar, pudiendo aprovechar la luz del interior de los edificios cuando se pone el sol. De hecho, las pruebas mostraron que eran más eficientes en la conversión de luz ambiental procedentes de LEDs que de la luz solar directa.
Los paneles ensayados mostraron una eficiencia de conversión de potencia de hasta el 209% con la luz solar directa y del 3,6 % bajo luz LED ambiental. El PNV exhibe una longitud de onda de absorción (λabs) de 535 nm, una longitud de onda de emisión (λem) de 632 nm y un rendimiento cuántico de fotoluminiscencia de 0,40 en una matriz de poli(metacrilato de metilo).
“En la última década se han desarrollado varios tipos de luminóforos para concentradores solares luminiscentes, pero rara vez con polímeros conjugados. Parte del problema con estos polímeros, es que pueden ser inestables y degradarse rápidamente. Pero hemos aprendido mucho sobre la mejora de la estabilidad de los polímeros conjugados en los últimos años, y en el futuro, podemos diseñarlos tanto para la estabilidad como para las propiedades ópticas deseadas» explica Rafael Verduzco, profesor de ingeniería química y biomolecular y de ciencia de materiales y nanoingeniería.
Los investigadores también demostraron como el polímero podía sintonizarse para convertir la energía de la luz infrarroja y ultravioletas, permitiendo que esos paneles permanezcan transparentes. “Los polímeros incluso se pueden imprimir en patrones en los paneles, por lo que se pueden convertir en obras de arte”, señaló Li.
Créditos de imágenes: Yilin Li/Rice University
