La tecnología para el desarrollo de celdas solares es cada vez más común en las ciudades como un medio de generación de energía eléctrica a través del aprovechamiento de la luz del sol; es en esa área que Juan Pablo Martínez López desarrolla su trabajo posdoctoral en la Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM) del Instituto Politécnico Nacional (IPN).
La investigación se basa en el estudio de propiedades físicas y químicas de los alótropos de carbono en sus diferentes formas esféricas, tubulares o planas. Estos alótropos se pueden aplicar en superconductores, polvos abrasivos, cosméticos, medicina, además de la aplicación que Juan Pablo Martínez está desarrollando en celdas solares de tercera generación.
El origen de la investigación se dio durante la tesis doctoral que realizó en la Universidad de Gerona y la Universidad Libre de Ámsterdam, donde contó con una beca del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y en el cual publicó siete artículos científicos como primer autor.
Las nanoestructuras de carbono tienen diferentes nombres dependiendo de su forma; los fulerenos tienen una forma esférica, mientras que los nanotubos de carbono, como su nombre lo dice, cuentan con una forma tubular.
La aplicación de estas nanoestructuras en las celdas solares tiene la ventaja de que son más ligeras, delgadas y no representan un elemento tóxico para el medio ambiente. Estas celdas, afirma Juan Pablo Martínez, tienen una aplicación comercial real debido a que los costos de producción son reducidos.
Los resultados de la aplicación de fulerenos en la medicina ya están siendo utilizados para atacar el virus del ébola, entre otras aplicaciones en la medicina, donde se le ha comprobado una efectividad, explicó el investigador.
Durante su tesis doctoral, el originario de San Luis Potosí se dedicó a formular las estructuras de carbono con diferentes moléculas para lograr mejores resultados en cuanto a la capacidad de conversión de la energía solar.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cuáles son los objetivos de esta investigación?
Juan Pablo Martínez López (JPML): Lo que nosotros tratamos de hacer es una descripción del funcionamiento químico de las transferencias de carga en las nanoestructuras de carbono; además del desarrollo de los primeros diseños de compuestos para lograr la propiedades fisicoquímicas de las nanoestructuras de carbono deseadas. Hasta el momento, hemos comprobado correctamente el funcionamiento químico de las reacciones de cicloadición, esto con respuestas favorables de kinésica y termodinámica.
Hace casi tres décadas que se sintetizó el fulereno y en ese momento no se sabía del potencial que este alótropo tenía y mucho menos se tenían claras las aplicaciones que podía tener.
Las aplicaciones se definen con base en sus propiedades físicas y químicas, por ejemplo, en los años más recientes se ha descubierto que el fulereno es un muy buen aceptor de carga, por lo que puede ser ideal para su aplicación en las celdas solares.
AIC: ¿Cuáles son las posibles ventajas de las celdas solares hechas con estos materiales?
JPML: La eficiencia de las celdas solares es un factor muy importante para definir si es una tecnología rentable comercialmente. Por ejemplo, las celdas de silicio tienen una alta eficiencia pero tienen inconvenientes relacionados con los costos de fabricación, económicos y ambientales.
Las celdas orgánicas, como es el caso de las hechas con fulerenos, tienen alrededor de 14 por ciento de eficiencia, lo cual representa una desventaja con las de silicio, ese es el motivo por el cual estamos estudiando cómo incrementar la eficiencia.
AIC: ¿Cómo están buscando mejorar la capacidad y eficiencia de las celdas solares?
JPML: Esto lo estamos haciendo desde el Instituto Politécnico Nacional, en donde estamos modelando las propiedades físicas y químicas, buscando moléculas que puedan mejorar las propiedades y, en consecuencia, el aprovechamiento y eficiencia de las celdas solares.
Para esto utilizamos varias técnicas, una de ellas son las reacciones de cicloadición donde anillos de carbono se pueden unir químicamente a las nanoestructuras de carbono.
Otro ejemplo es la modificación de compuestos por medio de catalizadores. De hecho, durante la tesis comprobamos que los catalizadores con fulerenos pueden llevar reacciones de química orgánica más deficientes.
AIC: ¿Qué se pretende lograr con estas modificaciones químicas?
JPML: Con estas modificaciones químicas, lo que nosotros pretendemos es lograr un transporte de carga mediante los materiales orgánicos que estudiamos. Este transporte de carga recibe una sobrecarga de energía y se transporta a un electrodo que, a su vez, traslada la energía a un dispositivo que la transforma en algo que se pueda aprovechar.
Estamos investigando qué combinaciones de compuestos pueden maximizar la eficiencia y probando, a través de cálculo, las combinaciones que nos podrían dar mejores resultados. De hecho, ya vamos a publicar un artículo científico en el cual se explica cómo se mejora el transporte de carga con una combinación.
El nivel de precisión y exactitud que necesitamos requiere cálculos a nivel de mecánica cuántica, por lo que es necesario llevar estos cálculos a supercomputadoras ubicadas en San Diego, California, y en Barcelona, España.
Los materiales se sintetizan antes, se juntan, se dejan plastificar y se crea la celda solar. Este trío de celdas son las llamadas de tercera generación.
Los investigadores en el mundo esperamos incrementar la eficiencia de este tipo de celdas dadas sus ventajas en comparación con las de silicio, sobre todo porque los procesos de manufactura son mucho más sencillos.
