Estudiantes desarrollan películas antirreflejantes para celdas solares

En un escenario mundial en el que la degradación del medio ambiente es cada vez mayor y el cambio climático ya condiciona los estilos de vida presente y futura, las energías renovables se alzan como la opción más viable para frenar la emisión de gases de efecto invernadero.  

Una de estas formas de energía es la luz solar, aprovechada desde hace décadas por medio de paneles solares. Sin embargo, la eficiencia de estos equipos se ve fuertemente limitada por una gran cantidad de inconvenientes, como fracturas en la estructura de los dispositivos, la presencia de impurezas o el clima, así como por las propiedades de refracción y reflectancia de sus materiales, entre otras características físicas. Debido a este último factor, las celdas solares pueden dejar de aprovechar hasta 60 por ciento de la luz que reciben. 

Un equipo de estudiantes de Ingeniería en Nanotecnología del ITESO está desarrollando películas antirreflejantes para aumentar significativamente la eficiencia de las celdas solares a base de silicio. Alejandra Sánchez Garibi y Mariana Félix Ávila, alumnas de octavo semestre, y Leonardo Rodríguez Hernández, de sexto semestre, trabajan bajo la tutela de Édgar Briones Hernández, académico del Departamento de Matemáticas y Física (DMAF), en el proyecto de investigación «Películas antirreflejantes de dióxido de silicio y alúmina para celdas solares a base de silicio». 

“Sin ningún recubrimiento se refleja 60 por ciento [de luz solar] en las celdas”, explica Sánchez Garibi. Sin embargo, afirma, con la película desarrollada “llegamos a un muy buen resultado, con una reflectancia de aproximadamente dos por ciento”. 

La estudiante se sumó al proyecto en Otoño 2021, colaborando en las simulaciones teóricas previas a la experimentación. Sin embargo, en ese momento se trabajaba con materiales más caros, como el arseniuro de galio. Un semestre más tarde, Mariana se incorporó al equipo y comenzaron a trabajar sobre celdas de silicio con recubrimientos de alúmina. 

Para Otoño 2022, ya con Leonardo en las filas, los estudiantes continuaron perfeccionando las películas de alúmina y dióxido de silicio, acomodándolos en monocapas, bicapas y bicapas dobles (una bicapa encima de otra).  

En Primavera 2023, el equipo continúa con los experimentos para encontrar el recubrimiento óptimo. Añadieron el pentóxido de tántalo como otra opción para bajar aún más la reflectancia de las celdas, sumándolo también al esquema de capas que han desarrollado. 

Las películas han probado mantener el mismo porcentaje de reflectancia en un rango aproximado de hasta 65 grados, en los sistemas monocapa, bicapa y bicapa doble. Esto es importante, comenta Mariana Félix, ya que permite una absorción más eficiente de la luz solar, sin importar el ángulo incidente de los haces.   

Leonardo Rodríguez apunta que la elección de los materiales se basó en su disponibilidad, precio y propiedades ópticas. “El arseniuro de galio es el elemento que logra una mayor eficiencia en lo que se refiere a celdas solares, pero no lo utilizamos porque su costo es muy elevado: un centímetro cuadrado de una celda solar a base de arseniuro de galio podría llegar a costar hasta cien mil pesos, cuando un metro cuadrado de silicio ronda los 30 pesos”, explica. 

Al momento, los estudiantes trabajan en la redacción de un artículo para ser publicado en una revista científica. También empezarán a evaluar la posibilidad de proteger las películas bajo alguna patente o modelo de utilidad. 

La película antirreflejante, si bien fue originalmente pensada para mejorar el funcionamiento de los paneles solares, también puede ser aprovechada en otro tipo de artefactos, como lentes de cámaras, lentes de sol, filtros de luz, telescopios y microscopios, entre otros. 

Para Otoño 2023, el proyecto de investigación evolucionará a ser un Proyecto de Aplicación Profesional (PAP), durante el cual se continuará con el desarrollo del sistema tricapa, se utilizarán técnicas de epitaxia y se implementarán las películas en celdas solares reales. También se trabajará en vinculación con el Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT), la Coordinación para la Innovación y Aplicación de la Ciencia y la Tecnología (CIACYT) y el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO). 

Los estudiantes reconocen que la infraestructura, los recursos y la red de vinculación del ITESO han sido claves para su formación como futuros ingenieros. Los laboratorios, por ejemplo, están equipados con aparatos altamente especializados, normalmente disponibles en centros de investigación para el desarrollo de trabajos de posgrado. Al respecto, Mariana Félix afirma que tener acceso a estos equipos los han dotado de habilidades que les servirán en su vida profesional.  

A otros estudiantes de ingenierías recomendó acercarse a los académicos para formar parte de sus investigaciones como becarios, ya que esto les da oportunidad de afianzar conocimientos, aplicar lo aprendido y hacerse de nuevas habilidades. 

“Estar en este proyecto me ha ayudado mucho en otras clases. La carrera es muy teórica, entonces aquí puedes ver realmente cómo se aplica todo lo que has aprendido en algo más tangible”, señala Alejandra Sánchez. 

Los tres alumnos tienen pensado complementar su formación académica con posgrados. Leonardo seguirá en las áreas de energías renovables, en tanto que Alejandra planea incursionar en nanotecnología espacial y Mariana buscará dedicarse al desarrollo de textiles inteligentes. 

FOTO: Luis Ponciano