Docentes e investigadores del área de Física y Química de la FCEIA realizan un estudio experimental de materiales cerámicos, de los cuales se podría aprovechar la ferroelectricidad para optimizar la eficiencia de celdas solares fotovoltáicas de tercera generación.
"Desarrollo de perovskitas multiferroicas y fotovoltaicas en forma de películas delgadas" es el nombre del proyecto que dirige el Dr. Sebastián Barolin, docente de Física Experimental e investigador de la UNR y lleva adelante junto a la Dra. Lucía Imhoff y a la Lic. María Luz Santiago, también docentes de la FCEIA.
“Se trata del desarrollo de materiales multiferróicos con aplicaciones en celdas de energía solar. La idea es aprovechar la ferroelectricidad en el material para mejorar la eficiencia de una celda solar” explica Barolin. Con respecto a las perovskitas multiferroicas y fotovoltaicas, Barolin cuenta que se trata de un material cerámico compuesto por óxidos que tiene una estructura cristalina, es decir sus iones están periódicamente ordenados en el espacio y las propiedades que les interesan son la ferroelectricidad y el ferromagnetismo.
“En el caso de la ferroelectricidad, al aplicar un campo eléctrico se polariza el material y cuando se apaga dicho campo, permanece orientado el material. El ferromagnetismo es equivalerte, si se aplica un campo magnético y ordena los dominios magnéticos del material y cuando apaga el campo magnético, permanecen ordenados. Si se logran tener ambas propiedades en el mismo material se tiene un material multiferroico, es decir, que posee más de un orden ferroico” señala el docente de la FCEIA.
“La situación mejora si además esas propiedades están combinadas, es decir, son codependientes entre sí, porque se podrían controlar campos eléctricos aplicando campos magnéticos y dominios magnéticos aplicando campos eléctricos, entonces se tendría mayor número de estados posibles para, por ejemplo, hacer memorias con mayor capacidad en el mismo volumen. Actuadores o sensores en donde pueda ingresarse un valor magnético y obtener uno electro son otras de las aplicaciones interesantes de los materiales multiferroicos” indica el docente de la FCEIA.
La ventaja principal de este proyecto es que el material puede llegar a tener un campo eléctrico interno que dificulta la recombinación de los electrones-huecos y la principal desventaja es que es poco eficiente para la luz visible, que es la mayor parte del rango solar que nos llega: nos llegan todas las longitudes de onda, pero el pico de intensidad es en el visible, como explica Sebastián.
El inconveniente que debe resolver el grupo es que, aunque estos pares electrón-hueco del material cerámico multiferroico tienen baja tasa de recombinación, no es muy eficiente en la generación de estos pares para la longitud de onda del visible de la energía solar, es decir, de la luz que tenemos disponible, sino que muestra más eficiencia para la luz ultravioleta. “Por este motivo, en lo que estamos trabajando en el proyecto es modificar el material, mejorarlo para tratar de que la eficiencia relativamente alta que tiene el ultravioleta pase al visible, eso sería a través de reducir la energía necesaria para que la onda electromagnética que incida en el material desprenda un electrón” indica el docente de la FCEIA.
Comprender para avanzar
Las celdas de energía solar fotovoltaicas de tercera generación constituyen uno de los temas de interés más actuales en energías renovables. Las mismas pueden convertir la luz solar en electricidad con más eficiencia que las anteriores y su fabricación es más económica y limpia que la de las celdas convencionales.
El grupo de investigación hace énfasis en que el interés del proyecto, radicado en la FCEIA, es académico. Al respecto, Barolín indica “Se trata de entender los mecanismos de reducción de la energía necesaria para desprender electrones y ver si realmente vale la pena profundizar y llevar el material a la parte tecnológica en una siguiente etapa o no. Es un estudio experimental, nosotros fabricamos y caracterizamos el material. La parte teórica la trabajamos con personal del IFIR, en donde se hacen cálculos para ver de qué manera conviene modificar el material, y en función de los resultados que vamos a obtener se evalúa si conviene extrapolarlo o no”.
Existe a nivel internacional un proyecto de investigación mucho más amplio, que contempla este tema de investigación y hay grupos de científicos y científicas de muchas partes del mundo, como por ejemplo Eslovenia y Ucrania, que también están haciendo aportes a la temática. Parte de esta investigación se realizó en colaboración con científicos de Francia, Holanda y de España. Al respecto de los intercambios académicos en el exterior, Lucía Imhoff estuvo trabajando en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón en Zaragoza, Sebastián Barolin viaja próximamente a la Universidad de Picardie en Francia y María Luz Santiago a la Universidad de Groningen en Holanda.
Parte final de Licenciatura en Física
Este tema está abierto a recibir estudiantes para que realicen los trabajos finales de la carrera de Licenciatura en Física. Por otro lado la asignatura Experimental 5 de la misma licenciatura se desarrolla parte en los laboratorios del IFIR con la intención de que los y las estudiantes se acerquen lo más posible a los espacios de trabajo y práctica que se van a encontrar en la vida profesional.
