Diseñan células fotovoltaicas curvables para la electrónica vestible

Científicos de Corea del Sur han hecho células fotovoltaicas ultrafinas lo suficientemente flexibles para envolverlas alrededor de un lápiz normal. Estas células solares curvables podrían alimentar de energía la electrónica vestible, como los monitores de fitness y las gafas inteligentes. Los investigadores informan de los resultados en la revista Applied Physics Letters, de la AIP Publishing (American Institute of Physics).

Los materiales delgados se doblan más fácilmente que los gruesos: pensemos en un trozo de papel frente a una caja de cartón. La razón de la diferencia: El estrés en un material mientras es doblado aumenta cuanto más lejos se va del plano central. Debido a que las hojas gruesas tienen más material lejos de este plano, son más difíciles de doblar.

"Nuestra célula fotovoltaica tiene aproximadamente 1 micrómetro de espesor", dice Jongho Lee, ingeniero del Instituto Gwangju de Ciencia y Tecnología. Un micrómetro es mucho más delgado que un cabello humano promedio. Las células fotovoltaicas estándar suelen ser cientos de veces más gruesas, e incluso otras células muy delgadas son entre 2 y 4 veces más gruesas.

Los investigadores hicieron las células solares ultrafinas con el semiconductor arseniuro de galio. Estamparon las células directamente sobre un sustrato flexible sin necesidad de utilizar un adhesivo que se sumara al espesor del material. Las células fueron luego "soldadas en frío" al electrodo sobre el sustrato mediante la aplicación de presión a 170 grados Celsius y la fusión de una capa superior de un material que actuó como adhesivo temporal. Este material fue luego eliminado, dejando la unión directa metal-a-metal.

La capa inferior de metal también sirvió como reflector para dirigir fotones perdidos de nuevo a las células solares.

Pruebas

Los investigadores probaron la eficacia del dispositivo para convertir la luz solar en electricidad y encontraron que era comparable a la de células de espesor similar. Realizaron pruebas de flexión y encontraron que las células podían envolverse alrededor de un radio tan pequeño como 1,4 milímetros.

El equipo también realizó un análisis numérico de las células, encontrando que experimentan un cuarto de la cantidad de tensión de células similares de 3,5 micrómetros de espesor.

"Las células más delgadas son menos frágiles bajo flexión, pero funcionan de manera similar o incluso un poco mejor", dice Lee, en el resumen del artículo de AIP.

Otros grupos han desarrollado células solares con espesores de alrededor de 1 micrómetro, pero produciendo las células de maneras diferentes. Con el sistema de Lee y sus colegas, se pueden fabricar células muy flexibles con una cantidad menor de materiales.

Las células delgadas pueden ser integradas en monturas de gafas o en tela y podrían impulsar la próxima ola de productos electrónicos portátiles, dice Lee.

Referencia bibliográfica:

Juho Kim, Jeongwoo Hwang, Kwangsun Song, Namyun Kim, Jae Cheol Shin and Jongho Lee: Ultra-thin Flexible GaAs Photovoltaics in Vertical Forms Printed on Metal Surfaces without Interlayer Adhesives. Applied Physics Letters (2016). DOI: 10.1063/1.4954039.