¿Qué papel juega el grafeno en la energía solar?

Eficiencia de las células solares de grafeno

Dado que la cantidad total de energía tradicional es limitada, la gente tiene una enorme demanda de nuevas alternativas energéticas más limpias y ecológicas. Ahora, la aparición del grafeno está desatando la posibilidad de su aplicación en el campo de la energía, que puede crear un futuro más verde, eficiente y sostenible.

Desde que se separó por primera vez en 2004, el grafeno se ha convertido en un punto caliente de la investigación de nuevos materiales en el siglo XXI. El grafeno ha sido adoptado por muchas industrias, entre las que destacan la sanitaria y las aplicaciones de materiales clave. Y actualmente, la tecnología del grafeno se está aplicando a las energías renovables.

Según un informe del Financial Times de 2019, se estima que en 2040 el carbón, el petróleo y el gas natural seguirán representando alrededor del 85% del suministro de energía primaria en el mundo, y en la actualidad esta proporción es de alrededor del 90%. Estos datos ponen de relieve la necesidad de que la población reduzca su dependencia de las energías no renovables. Otro informe señala también que en los próximos 5 años, debido a la madurez gradual del campo solar, el suministro mundial de energía renovable puede aumentar un 50%.

Paneles solares de grafeno 2021

“Al convertir el dióxido de carbono en combustible con la ayuda de la energía solar, esta técnica podría contribuir al desarrollo de fuentes de energía renovable y reducir el impacto en el clima de la combustión de combustibles fósiles”, afirma Jianwu Sun, profesor titular del Departamento de Física, Química y Biología del IFM.

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Han combinado el grafeno y el carburo de silicio cúbico para desarrollar un fotoelectrodo basado en el grafeno que conserva la capacidad del carburo de silicio cúbico de captar la energía de la luz solar y crear portadores de carga. El grafeno funciona como una capa transparente conductora y protege el carburo de silicio.Carburo de silicio cúbico sumergido en agua. Fotografía de Thor Balkhed

El rendimiento de la técnica basada en el grafeno está controlado por varios factores, uno de los cuales es la calidad de la interfaz entre el grafeno y el semiconductor. Los científicos han estudiado con detalle las propiedades de esta interfaz. En el artículo, publicado en ACS Nano, demuestran que pueden adaptar las capas de grafeno sobre el carburo de silicio y controlar las propiedades del fotoelectrodo basado en grafeno. De este modo, la conversión del dióxido de carbono se hace más eficiente, al tiempo que se mejora la estabilidad de los componentes.

Células solares de grafeno frente a las de silicio

A medida que nuestra dependencia de las energías renovables se hace más evidente, la necesidad de contar con células solares eficientes se vuelve más crucial, especialmente cuando son una de las formas más fáciles y baratas de generar energía limpia. En general, las células solares no son tan eficientes. Sin embargo, los recientes avances en las células solares basadas en el grafeno han permitido reducir la reflectancia de los rayos solares en un 20%, lo que supone un aumento potencial de la eficiencia de hasta el 20%. En la actualidad se están investigando muchas variantes de células solares basadas en el grafeno. Esta guía ofrece una visión general de los diferentes tipos que están siendo investigados por investigadores académicos y empresariales de todo el mundo.

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El principio básico de una célula solar basada en el grafeno no difiere mucho de las actuales células solares inorgánicas o de silicio que se producen hoy en día, con la excepción de que algunos de los materiales que se utilizan actualmente se sustituyen por derivados del grafeno. Como ocurre con cualquier dispositivo o material, hay parámetros que pueden mejorarse para aumentar la eficiencia operativa. El grafeno destaca por su capacidad de ajuste y adaptación. En el caso de las células solares basadas en el grafeno, los dos parámetros más destacados que pueden cambiar la naturaleza del dispositivo son el número de capas de grafeno en el dispositivo (o en los componentes individuales dentro de un dispositivo) y los efectos del dopaje de un material basado en el grafeno.

Paneles solares Pv graph

Desde que se aisló por primera vez en 2004, el grafeno se ha convertido en un tema de investigación candente. El grafeno ha sido adoptado en diversos sectores, sobre todo en el de la salud y las aplicaciones materiales. Y, ahora, la tecnología del grafeno se está aplicando a las energías renovables.

Según un informe de 2019 del Financial Times, se prevé que el carbón, el petróleo y el gas sigan aportando alrededor del 85% del suministro de energía primaria del mundo en 2040, frente al 90% actual. Aunque estas cifras subrayan la necesidad de reducir los niveles de dependencia de las fuentes no renovables, otro informe afirma que el suministro mundial de electricidad renovable podría aumentar un 50% en los próximos cinco años, impulsado por el resurgimiento de la energía solar.

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Entre los proyectos punteros de Graphene Flagship, una serie de iniciativas emprendidas con socios, se encuentra su iniciativa de la Huerta Solar. El proyecto creó la primera granja solar del mundo con grafeno en Creta (Grecia). Dirigido por su socio, la Universidad de Roma Tor Vergata, una universidad pública de investigación de Roma (Italia), el proyecto explora la producción de células solares con grafeno que podrían ayudar a reforzar los esfuerzos de la Unión Europea para reducir la dependencia de los combustibles fósiles.