El fullereno, ¿el nuevo material de moda para placas solares?

Actualmente, una placa de alto rendimiento disponible en el mercado solar fotovoltaico no supera el 23% de rendimiento, por lo que aún existe mucho campo de investigación en relación a la eficiencia y aplicación de nuevos materiales que hagan de la solar una productora de energía realmente competitiva.

La tecnología predominante en el mercado actual es la de células solares compuestas de materiales inorgánicos policristalinos y monocristalinos. Pero en los últimos tiempos se ha producido un notable progreso en la tecnología fotovoltaica debido a los considerables avances acaecidos en la electrónica y los materiales orgánicos.

El fullereno es la tercera forma molecular estable conocida de carbono, además del grafito y el diamante

Y dichos avances están llegando principalmente a través de las células solares orgánicas, es decir, aquellas que en las que al menos la capa activa se compone de moléculas orgánicas.

Existen tres tipos principales: las moleculares, las de polímeros orgánicos y las híbridas. Y, dentro de este campo de investigación, destacan por un lado las células de perovskitas y por otro las formadas por fullereno.

Qué es el fullereno

El fullereno es una molécula compuesta de carbono cuya estructura esférica es similar a la de una cúpula geodésica o un balón de fútbol. Es por eso que también se le llama «buckminsterfullereno« o «futboleno».

Lo que hace especial al fullereno es que es la tercera forma molecular estable conocida de carbono, además del grafito y el diamante. Por tanto, su principal cualidad es la altísima resistencia que tiene, pues no en vano son necesarias temperaturas de más de 1000 ºC para destruir sus partículas.

El fullereno también cuenta con propiedades lubricantes, es capaz de sublimar (pasar de estado sólido a gaseoso sin pasar por estado líquido) sin perder las esferas y sus moléculas son muy electronegativas, formando enlaces con átomos que donan electrones. Es denominado un superconductor por su capacidad para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones.

El fullereno en la industria fotovoltaica

Como decíamos al principio, existen varios tipos de células solares orgánicas y, entre ellas, las fotovoltaicas de polímeros son algunas de las más interesantes.

El fullereno comienza a tener su impacto en este tipo de células y científicos rusos han creado moléculas de fullereno polimerizadas con escandio y átomos de carbono en su interior.

Este logro hace posible avanzar en numerosos campos de aplicación del fullereno, como pueden ser elementos de nanoelectrónica y optoelectrónica, ingeniería biomédica como agentes de contraste de alto rendimiento o dispositivos fotovoltaicos y ópticos.

Un equipo de investigadores del NUST MISIS ruso obtuvieron por primera vez metalofullerenos endoédricos (EMF) que contienen escandio y estudiaron el proceso de su polimerización.

«Hemos descubierto que los átomos invitados facilitan el proceso de polimerización. Los átomos de escandio modifican por completo el proceso de enlace del fullereno mediante la polarización de los enlaces de carbono, lo que conduce a un aumento de su actividad química», ha explicado Pavel Sorokin, investigador principal del Laboratorio de Nanomateriales Inorgánicos NUST MISIS.

El fullereno podría ser la clave para llegar a controlar la orientación del espín, una propiedad física de las partículas elementales por la cual tienen un momento angular intrínseco de valor fijo. Las células solares habituales tienen los espines desordenados, pero el uso y control de esta propiedad permite aumentar la eficiencia de la célula solar, que es así capaz de generar una mayor corriente.

Fuente: Science Direct