La implantación de la energía solar sigue afianzándose a nivel internacional, pero especialmente en España. De hecho, nuestro país ocupa el primer puesto del mundo en porcentaje de energía solar en el suministro eléctrico, con más de un 19%. Y la investigación avanza en paralelo, con inventos como el que dispara el rendimiento de las placas solares sin cambiar la instalación o las placas solares baratas y duraderas con las que podrás ahorrar un 20% en tu factura de la luz.

Sin embargo, todavía quedan muchas cuestiones susceptibles de mejora, desde aumentar la eficiencia de los paneles y permitir su fabricación con materiales no contaminantes hasta facilitar el almacenamiento de una energía que, por su propia naturaleza, es intermitente. Ahora, una colaboración entre la Universidad de Córdoba y el prestigioso Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (en Stuttgart, Alemania) pretende resolver varios de estos problemas con una novedosa propuesta.

Se trata de un vidrio semitransparente que puede llevar a cabo ambos procesos, generar y almacenar energía solar, y que está fabricado con un material abundante, no tóxico y fácil de sintetizar compuesto por nitruro de carbono 2D (conocido como K-PHI), que se extrae de la urea. El trabajo de investigación, publicado en la revista Advanced Energy Materials, cuenta con la participación destacada del español Alberto Jiménez-Solano, del Departamento de Física de la Universidad de Córdoba.

La solución definitiva

Uno de los mayores problemas que plantea la tecnología en la que se basan las placas solares convencionales es que sólo generan energía mientras brilla el sol. Así, tanto por las noches como en los días nublados, la producción se desploma, a pesar de algunos avances en ese sentido. Por contra, cuando los períodos soleados se prolongan, el exceso de energía se pierde por la falta de sistemas adecuados de almacenamiento que permitan utilizar ese sobrante más adelante.

Aunque ya existen en el mercado alternativas domésticas, como las baterías de Tesla o las de EcoFlow, se echan en falta soluciones que permitan facilitar ese almacenamiento a gran escala. Sería la mejor manera de reducir la dependencia de tierras raras como el litio, la base de las baterías convencionales, que tienen un enorme impacto ambiental por su compleja extracción y las dificultades para su reciclaje. Así, el objetivo de muchos investigadores a nivel mundial es crear baterías solares que combinen la función de las placas y el almacenamiento de energía en un mismo dispositivo.

El físico Alberto Jimenez-Solano Universidad de Córdoba Omicrono

Alberto Jiménez-Solano, físico experto en nanofotónica y en la investigación de nuevos materiales, indica en declaraciones recogidas por Europa Press cómo fue el inicio del proyecto. "En el grupo de la profesora Bettina V. Lotsch, del Instituto Max Planck, habían conseguido sintetizar un material capaz de absorber la luz y almacenar esa energía para emplearla posteriormente bajo demanda y se nos ocurrió usarlo para crear una batería solar".

El complejo proceso se inició depositando una delgada capa de nitruro de carbono potasio 2D para crear una estructura estable y fabricar a partir de ella un dispositivo fotovoltaico. Normalmente, este material se encuentra en forma de polvo o en suspensiones acuosas de nanopartículas, por lo que la labor de los investigadores implicó desarrollar procesos para poder sintetizarlo de la manera más fácil y rápida posible.

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Ese fue el primer paso hacia la fabricación de la batería solar. Al combinar simulaciones ópticas y experimentos fotoelectroquímicos, los investigadores consiguieron conocer las posibilidades que ofrece este novedoso dispositivo tanto a la hora de captar la luz solar como en el almacenamiento de energía. Consiste, según Jiménez-Solano, en "un vidrio de alta transparencia, que presenta un recubrimiento conductor transparente (para permitir el transporte de carga), y una serie de capas de materiales semitransparentes (con diferentes funcionalidades), y otro vidrio conductor que cierra el circuito".

Un 'sándwich' solar

Así, las diferentes capas de grosores inapreciables para el ojo humano, como si fueran ingredientes de un sándwich, aportan todo lo necesario para maximizar sus capacidades. Su configuración semitransparente permite al dispositivo la absorción de luz por ambas caras, como los paneles bifaciales, lo que lo hace más aún más versátil y mejora su producción de energía. 

Placas solares instaladas en un tejado Ismael Marinero Omicrono

Gracias a los experimentos llevados a cabo en el laboratorio, los científicos descubrieron que las capas activas más finas conseguían mejores resultados de generación de energía, pero ofrecían menos capacidad de almacenamiento. Al combinar distintos grosores, la batería solar permite tanto corrientes grandes y puntuales como corrientes más pequeñas, como las que requiere un teléfono móvil, que podrían mantenerse durante más tiempo.

"Demostramos cómo la producción de energía aumenta de forma más significativa para pequeñas corrientes de descarga eléctrica que se encuentran en el rango de la corriente de fotocarga generada a través de la iluminación", escriben los investigadores en su artículo. "Esto nos lleva a concluir que pequeños incrementos de la intensidad luminosa pueden dar lugar a grandes aumentos del rendimiento".

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Además, los resultados obtenidos a lo largo del proceso son transferibles a otros conceptos de baterías solares, como los fotocondensadores o las baterías solares de flujo redox. Pero en lo que más insisten es en que el material necesario para la fabricación de este potencialmente revolucionario dispositivo es inocuo, abundante, sostenible medioambientalmente y fácil de sintetizar, ya que se obtiene de la urea. 

Como la urea es el principal producto terminal del metabolismo de las proteínas en los mamíferos, incluidos los humanos, se encuentra en mayor proporción en la orina, el sudor y en la materia fecal. Así, estos científicos, con el físico español Alberto Jiménez-Solano a la cabeza, ofrecen un primer paso decisivo hacia una alternativa de bajo coste y eficaz frente a las placas solares convencionales.

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