La idea de que los coches eléctricos puedan alimentarse de paneles solares situados sobre su carrocería es una posibilidad que ha venido cobrando fuerza en los últimos años. Lo cierto es que el camino está repleto de obstáculos para que un panel de esas dimensiones aporte la energía necesaria para ello. Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford, expertos en energía fotovoltaica, ha creado una solución basada en materiales semiconductores TMD y grafeno que podría aumentar el rendimiento de la conversión energética de las celdas fotovoltaicas, permitiendo que puedan generar suficiente energía para alimentar un coche eléctrico.
Materiales TMD
Hasta ahora, algunos materiales como la perovksita, un material sintético cristalino con cualidades ópticas únicas, prometían grandes avances en el sector de las celdas fotovoltaicas para lograr conversiones energéticas muy eficientes. Los TMD, combinan un metal de transición con azufre selenio o telurio. Son materiales semiconductores 2D que muestran propiedades eléctricas, mecánicas y ópticas únicas.
Según los autores del estudio publicado en la revista Nano Convergence, las nanoestructuras 2D dispuestas en capas con espesores a escala atómica pueden exhibir "propiedades peculiares y fascinantes en contraste con las de sus compuestos originales". Tanto los resultados experimentales como los teóricos han demostrado que los semiconductores 2D tienen propiedades que potencialmente pueden dar lugar a importantes avances en el campo de los nanomateriales y los nanodispositivos.
El prototipo de célula fotovoltaica intercalar capas de diseleniuro de tungsteno (un material TMD) con grafeno agregando una capa de polímero flexible en ambos lados.
Como indica su naturaleza 2D, los TMD con una alta eficiencia de conversión solar pueden formar parte de la solución para alimentar un vehículo eléctrico con energía solar. Krishna Saraswat, autor principal del estudio, aclara que cualquier material solar que intente destronar al silicio debe tener en cuenta los impactos ambientales de su ciclo de vida: "El silicio representa el 95 % del mercado solar actual, pero está lejos de ser perfecto. Necesitamos nuevos materiales que sean livianos, flexibles y más ecológicos".
Sin embargo, las ventajas de los TMD se reducen cuando se tiene en cuenta la eficiencia de la conversión. Si bien sus características son muy prometedoras, los experimentos ligados a las investigaciones realizados hasta ahora no superan el 2 % de conversión de la luz solar en electricidad. Para poner esta cifra en contexto, los paneles de silicio elevan esta cifra hasta el 30 %.
La importancia del grafeno
Un 2 % es una cifra ciertamente muy pobre y ahí es donde cobra importancia el grafeno. Este material, descubierto en 2004 cuando los investigadores despegaron una capa nanométrica de átomos de carbono de un trozo de grafito es una forma 2D del carbono, cuenta con unas propiedades que lo hacen único.
Para fabricar su nueva célula fotovoltaica, los investigadores de Stanford intercalaron capas de diseleniuro de tungsteno (un material TMD) con grafeno y agregaron una capa de polímero flexible en ambos lados. Además añadieron una capa adicional para mejorar la absorción de la luz. Alwin Daus, coautor del estudio, que dirigió el proceso de fijación del sustrato flexible a escala micrométrica al sándwich TMD asegura que este paso es técnicamente un gran desafío, aunque el resultado mereció la pena. El nuevo prototipo de célula solar TMD delgada alcanzó una eficiencia de conversión solar del 5,1 %.
El grafeno es un material con propiedades que lo hacen único.
Si bien esta cifra multiplica por dos los resultados de otros TMD, sigue siendo muy pequeña en comparación con el silicio. Sin embargo, el estudio concluye que con los ajustes adicionales es posible acercarse a cifras del 27%, lo que permite a esta tecnología competir con el silicio. El equipo señala que, comparando pesos, el nuevo prototipo ya es competitivo con otras células solares de película delgada, en función de la producción de energía eléctrica. "El prototipo produjo 4,4 W/g, una cifra que compite con otras celdas solares de película delgada actuales, incluidos otros prototipos experimentales, logrando una relación potencia-peso cien veces mayor que cualquier otra celda TMD". Los investigadores calculan que el límite práctico de su fórmula TMD es de 46 W/g.
La tecnología de silicio actual
Algunos fabricantes de automóviles están tratando de resolver la ecuación con la tecnología solar convencional, considerando que el exceso de peso interferirá en el alcance de la batería. Mercedes-Benz apuesta por ella mostrándola en su flamante Visión EQXX, de manera que anuncia que el techo solar fotovoltaico estará presente en todos sus coches eléctricos a partir de 2024. Actualmente, dos son los ejemplos de coches eléctricos que logran aprovechar la energía solar para ganar una cantidad de autonomía importante. El Sion de Sonó Motors promete 34 kilómetros de autonomía extra con la energía que pueden recuperar los paneles solares de toda su carrocería. Por su parte, el Lightyear One añade 40 kilómetros de autonomía que, en este caso, sí es generada por los paneles solares que se incluyen únicamente en el techo.