En el área de las energías renovables, las celdas solares de silicio son las más comunes pero también las más costosas. Uno de los retos científicos es elevar su eficiencia y crear nuevos materiales que sustituyan a este elemento. Una de las técnicas empleadas tanto para la creación de celdas solares, como para la miniaturización en la electrónica, es el spray pirólisis.
David Mora Herrera, egresado de la Facultad de Ingeniería de la BUAP y estudiante de posgrado en Ciencias de Materiales en el Instituto de Física Luis Rivera Terrazas (IFUAP), desarrolló un prototipo que realiza la síntesis de materiales nanoestructurados con esta técnica, para su aplicación en celdas solares, con la asesoría del doctor Martín Salazar Villanueva.
Su trabajo, con el que obtuvo el título de ingeniero mecánico, le permitió crear a partir de elementos sencillos y económicos una herramienta que genera películas delgadas, necesarias para fabricar celdas solares ecológicas sensibilizadas con tintes a base de frutos rojos.
El doctor Martín Salazar aclaró que la pirólisis es conocida desde el siglo pasado, pero la contribución del estudiante es que su prototipo representa una tecnología simple, económica y eficaz, compatible con las condiciones de cualquier laboratorio de investigación que busque un mecanismo sencillo para crear películas delgadas de óxidos conductores transparentes.
“Tras desarrollar el prototipo, el alumno tuvo que hacer un estudio óptico, electrónico y estructural de estas películas de óxido de titanio, óxido de zinc y óxido de estaño, para ver cuál era la más estable. Esto a través de simuladores solares que arrojan datos de la eficiencia de la celda, que en su caso logró un 6 por ciento, en comparación con algunas celdas comerciales que tienen parámetros de 15 por ciento y 22 por ciento, en el caso de las celdas de silicio”.
Mecanismos sencillos para soluciones prácticas
La maquinaria que construyó Mora Herrera consta de tres partes: un nebulizador donde se genera la nube con los compuestos activos; el control de temperatura donde se colca el material, que en este caso es el vidrio o sustrato; y el mecanismo de transporte que pueden ser tubos de PVC o mangueras, los cuales dirigen la “neblina” del nebulizador hacia el sustrato.
El investigador explicó que en el reactor (nebulizador) se colocan las sustancias, como el óxido de zinc, mezclado con el flúor y así se genera el spray. Esta combinación se deposita en el vidrio donde se hace la combinación a través de las gotas que modifican su temperatura al tocar la superficie. Así se forma una película delgada a decenas o centenas de nanómetros, la cual se ventila para que pueda fijarse en forma monodispersa.
“Simplificó el sistema utilizando un nebulizador donde fueron colocados los precursores para su mezcla. Posteriormente recurrió a tubos de PVC y midiendo la distancia y el ángulo cada minuto logró controlar el depósito de las gotas y por lo tanto el ancho de la película en el sustrato”, explicó Martín Salazar.
Su aportación generó una solicitud de patente e invención por parte de la BUAP bajo el código de identificación OCT-2016-019, además de la publicación de un artículo en una revista de la editorial internacional Elsevier.