Una hoja de árbol no tiene silicio. No tiene obleas semiconductoras. No tiene una fábrica de alta tecnología detrás. Y sin embargo, convierte la luz del sol en energía con una eficiencia que ha perfeccionado durante millones de años. La fotosíntesis no es un proceso perfecto, pero es lo suficientemente bueno como para sostener toda la vida vegetal del planeta. Y ahora, un grupo de investigadores en Rusia ha presentado un rediseño de una tecnología solar que, en el fondo, intenta copiar ese truco de la naturaleza: usar un colorante orgánico para capturar la luz, como hace la clorofila.
Las células solares sensibilizadas por colorante, conocidas como DSSC por sus siglas en inglés, llevan décadas en el laboratorio. Son la tercera generación de la fotovoltaica. No compiten con el silicio en eficiencia: los paneles comerciales de silicio rondan el 20-22%, mientras que las DSSC suelen quedarse en el 10-12%. Pero no todo es eficiencia. Las DSSC tienen otras virtudes que el silicio no tiene. Son flexibles, semitransparentes, se pueden fabricar con técnicas de impresión de bajo coste, y funcionan incluso con luz difusa, esa que llega en días nublados o en interiores. No pretenden sustituir a los grandes parques solares. Pretenden llegar a donde el silicio no llega.
El problema que ha frenado a las DSSC durante años ha sido la durabilidad. El electrolito líquido que llevan dentro, ese fluido que regenera el colorante después de que haya soltado sus electrones, tiene tendencia a filtrarse, a evaporarse o a degradarse con el tiempo. Y si el electrolito falla, la célula muere. Los investigadores de la Universidad Nacional de Investigación de Rusia han propuesto una solución que suena sencilla pero que podría cambiar el juego: unos colectores de corriente con microcanales que controlan la circulación del electrolito dentro de la célula, evitando que se estanque o se pierda. El resultado, según sus datos, es una célula más duradera, más fácil de fabricar y, potencialmente, más fácil de reparar.
Cómo funciona una célula que no necesita silicio
Para entender lo que han hecho los rusos, hay que saber cómo funciona una DSSC. La célula tiene tres capas principales. La primera es un electrodo transparente recubierto de un semiconductor poroso, normalmente dióxido de titanio. Sobre ese semiconductor se deposita el colorante orgánico, que es el que absorbe la luz. La segunda capa es el electrolito, un líquido que contiene yoduro y triyoduro. La tercera es un contraelectrodo, que cierra el circuito.
Cuando la luz incide sobre el colorante, este se excita y libera electrones. Esos electrones saltan al semiconductor poroso, viajan por el circuito externo y generan electricidad. Pero el colorante, al perder electrones, se queda oxidado. Ahí entra el electrolito: le devuelve los electrones que ha perdido, regenerándolo para que pueda volver a absorber luz. Es un ciclo continuo. Luz, electrón, electricidad, regeneración. Mientras haya luz y el electrolito circule bien, la célula funciona.
El problema es que el electrolito líquido no siempre circula bien. En las células convencionales, el electrolito se impregna en un espacio muy estrecho entre los electrodos, y con el tiempo puede quedar atrapado, degradarse o perder eficiencia. Los microcanales que han diseñado los investigadores rusos crean una red de circulación controlada que mantiene el electrolito en movimiento, evitando que se estanque. Según sus responsables, eso no solo mejora la durabilidad, sino que también facilita la fabricación y abre la puerta a reparaciones o mantenimientos que antes eran imposibles.
Lo que las DSSC pueden hacer que el silicio no puede
La pregunta que cualquiera se hace es: si las DSSC son menos eficientes que el silicio, ¿para qué molestarse? La respuesta está en la versatilidad. Un panel de silicio es rígido, pesado y opaco. Tiene que instalarse en un tejado o en un terreno plano, orientado al sol, con estructura metálica y cableado. Una DSSC es todo lo contrario. Se puede fabricar sobre un sustrato flexible, como una lámina de plástico o una película delgada. Se puede hacer semitransparente, con diferentes colores y grados de opacidad. Se puede imprimir, como se imprime un periódico, en rollos continuos.
Eso significa que las DSSC pueden integrarse en lugares donde un panel de silicio no cabría o no tendría sentido. En una fachada de edificio, sustituyendo al vidrio. En una marquesina, en una pérgola, en una barandilla. En una superficie curva, como el techo de un coche o el casco de un barco. En un dispositivo portátil, como una mochila o una tienda de campaña. Incluso en el interior de una casa, aprovechando la luz artificial para alimentar sensores o pequeños dispositivos.
Y hay otra ventaja que a menudo se pasa por alto: las DSSC funcionan mejor con luz difusa que con luz directa. Eso las hace ideales para climas nublados, para orientaciones no óptimas, para interiores. Un panel de silicio en un día nublado produce muy poco. Una DSSC, en las mismas condiciones, puede producir una fracción significativa de su capacidad nominal.
Lo que aún falta por demostrar
El estudio ruso es un avance, pero es un avance de laboratorio. Los investigadores no han publicado datos de eficiencia, ni de durabilidad a largo plazo, ni de coste de fabricación. No han dicho cuánto dura una célula con microcanales comparada con una convencional. No han explicado cómo se fabrican esos microcanales a escala industrial. Y no han demostrado que el sistema funcione fuera del laboratorio, en condiciones reales de intemperie, con ciclos de temperatura, humedad y radiación ultravioleta.
La DSSC, además, tiene un problema de escala. Aunque se pueda fabricar con técnicas de impresión, la producción industrial de células con electrolito líquido sellado no es trivial. El electrolito tiene que mantenerse dentro, sin fugas, durante años. El sellado es uno de los puntos débiles de esta tecnología, y ningún diseño lo resuelve del todo. Los microcanales rusos podrían ayudar, pero no eliminan el problema.
Y luego está la competencia. La perovskita, otra tecnología de tercera generación, está avanzando a un ritmo vertiginoso. Sus eficiencias ya superan el 25% en laboratorio, y los primeros paneles comerciales están llegando al mercado. La DSSC, con su 10-12% de eficiencia y sus problemas de durabilidad, corre el riesgo de quedarse atrás. A menos que encuentre un nicho donde la perovskita no pueda competir: la integración en superficies flexibles, la semitransparencia, la sensibilidad a la luz difusa.
Lo que han demostrado los investigadores rusos es que la DSSC no está muerta. Sigue habiendo gente trabajando en ella, mejorándola, buscándole aplicaciones. Y en un mundo que necesita desesperadamente integrar la energía solar en todos los rincones posibles, incluso las tecnologías menos eficientes pueden tener su lugar. No todos los paneles tienen que estar en un tejado. Algunos pueden estar en una ventana, en una mochila o en la fachada de un edificio. Y para eso, las DSSC siguen siendo una opción.
