Cómo funciona la innovadora ventana que deja pasar la luz mientras produce energía

Investigadores de la University College London (UCL) desarrollaron ventanas solares semitransparentes capaces de generar electricidad tanto con luz interior como con luz solar, una tecnología que podría convertir fachadas de edificios en fuentes de energía incluso de noche, en días nublados y en espacios cerrados, según TechXplore.

El dispositivo dejó pasar el 30% de la luz solar, frente al 80% o 90% que suele transmitir un vidrio convencional, y aun así alcanzó una conversión de 22% con luz interior intensa de 1.000 lux y de 14% con luz solar. El equipo fabricó un panel de 30 centímetros por 30 centímetros y comprobó además que el dispositivo conservó el 80% de su eficiencia tras 300 horas de exposición continua a la luz en una prueba acelerada de durabilidad.

La investigación, publicada en la revista Advanced Energy Materials, se centró en celdas solares que pueden incorporarse a ventanas sin perder por completo la transparencia, con el objetivo de aprovechar grandes superficies acristaladas que hoy no se usan como recurso energético.

El autor sénior del estudio, el doctor Mojtaba Abdi-Jalebi del Instituto para el Descubrimiento de Materiales de UCL, planteó que los techos suelen equiparse con paneles solares, pero que las amplias superficies de vidrio de muchos edificios modernos siguen en gran medida desaprovechadas. Sobre el resultado del estudio, afirmó: “En nuestro estudio, mostramos que es posible mantener la ventana transparente para que deje pasar la luz mientras se conserva la eficiencia de las celdas solares”.

La perovskita, clave para captar luz interior y solar

La base de la tecnología es la perovskita, un material que ya gana presencia en paneles solares para exteriores y que, a diferencia de los paneles tradicionales de silicio, puede ajustarse para absorber mejor las longitudes de onda específicas de la luz interior. Esa propiedad permitió diseñar una celda que funciona tanto en interiores como bajo el sol.

Para equilibrar transparencia y rendimiento, los investigadores usaron modelado por computadora para definir la mejor disposición y el espesor de cada capa. A partir de ese proceso, fabricaron una capa de perovskita de 185 nm, unas 500 veces más delgada que un cabello humano, cuando en celdas solares típicas esa capa suele ser tres o cuatro veces más gruesa.

El equipo también incorporó una molécula llamada 3-trifluoromethyl-1H-1,2,4-triazole para reducir defectos de la perovskita conocidos como “trampas”, que pueden inmovilizar electrones antes de que su energía sea aprovechada. Esa misma molécula contribuyó a estabilizar la estructura cristalina del material y a evitar su degradación con el paso del tiempo.

El avance incluyó además un nuevo electrodo transparente. En las celdas solares de perovskita, ese componente, encargado de conducir la electricidad hacia fuera de la celda, suele fabricarse con oro y bloquea parte de la luz.

Para resolver ese problema, los investigadores colocaron una capa delgada de oro entre dos capas transparentes de óxido de molibdeno. Esa configuración redujo la reflexión y ayudó a que la luz atravesara mejor el oro.

Del vidrio plano a superficies curvas y materiales portátiles

Abdi-Jalebi señaló que la próxima etapa será escalar la fabricación y llevar la tecnología más allá de las superficies planas: “La visión a más largo plazo es hacer que los fotovoltaicos semitransparentes sean tan fáciles de integrar como una película para ventanas. A medida que la tecnología madure, estos dispositivos podrían desarrollarse potencialmente como películas flexibles que puedan aplicarse directamente sobre vidrios de vehículos, techos solares y otras superficies transparentes para generar electricidad limpia sin grandes cambios estructurales”.

El primer autor, Siming Huang, estudiante de doctorado en el Instituto para el Descubrimiento de Materiales de UCL, señaló otra función del sistema: al bloquear parte de la radiación solar, las celdas actúan de manera similar a los vidrios polarizados.

Además, indicó: “Otra ventaja de esta tecnología es que, al ocultar parte de la luz solar, actúa del mismo modo que las ventanas tintadas, ahorrando una parte de la energía necesaria para mantener fresco el edificio. Esto es especialmente importante en las zonas más cálidas del mundo, que destinan una alta proporción de energía al aire acondicionado”.