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La nantecnología

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En este paper describo la gran ayuda que nos proporciona la nanotecnología en la creación de paneles solares mucho más eficientes y con un menor costo lo cual incentivará en un futuro al uso de los …

En este paper describo la gran ayuda que nos proporciona la nanotecnología en la creación de paneles solares mucho más eficientes y con un menor costo lo cual incentivará en un futuro al uso de los mismos.

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  • 1. <br />LA NANOTECNOLOGÍA EN EL USO DE LA ENERGÍA SOLAR<br />UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA<br />Jorge Leonardo Ochoa Ochoa<br />jochoaoc@est.ups.edu.ec<br />Ing. René Ávila<br />ravilap@.ups.edu.ec<br />RESUMEN: Tomando en cuenta los diversos uso que se le da a la energía es muy conveniente hablar de este tema ya que la energía renovable no contaminante debería ser usada en todos los procesos y actividades en las cuales se necesite energía. De esta manera se podría investigar sobre el uso de la nanotecnología y formas de crear fuentes de energía sustentadas en esta ciencia como la creación paneles solares para la producción de energía no contaminante y totalmente sin costo.<br />1 INTRODUCCIÓN<br />En este paper presento de manera generalaplicaciones que la nanotecnología puede ofrecer el uso de la energía solar, en particular las ventajas del uso de la nanotecnología. De esta forma mostraremos como esta nueva revolución tecnológica permite ir más allá de lo pensado en el pasado, generando nuevos productos, presentando variantes en productos ya existentes, generando nuevos procesos, haciendo viables procesos que antes no lo eran posibles de realizar y todo esto acompañado con el cuidado de nuestro ambiente.<br />2 DESARROLLO <br />2.1 LA NANOTECNOLOGÍA<br />[1] La Nanotecnología consiste en la creación de materiales funcionales, dispositivos y sistemas a través de la manipulación de la materia a escala manométrica. Un nanomaterial para ser catalogado como tal debe poseer en al menos una de sus dimensiones una longitud inferior a los 100 nanómetros (nm). Pero la Nanotecnología también incluye la explotación de las propiedades y fenómenos ocurrentes a esa, ya que los mismos son notoriamente diferentes a los esperados para los materiales en su forma convencional. A modo de ejemplo podemos mencionar el caso del oro. Este material cuando se encuentra en forma de volumen, por ejemplo en un anillo, tiene un color<br />amarillo-naranja acompañado del típico brillo metálico. Sin embargo, si comenzamos a tallar ese anillo para reducir sus dimensiones, llegando hasta aproximarnos a los 100 nm en alguna dimensión, podemos ver que este material puede exhibir distintos tipos de colores que van <br />desde el rojo hasta el azul. Este ejemplo muestra claramente lo que deseamos transmitir, las propiedades no solo dependen del material, sino también de sus dimensiones. No importa tener oro, el mismo átomo ahora conglomerado en diferente cantidad de átomos exhibe propiedades ópticas bien diferentes.<br />[2] La Nanotecnología ha constituido toda una revolución científica y tecnológica, abriendo la puerta a <br />la producción de nuevos materiales, o también ayudando a mejorar las propiedades de materiales ya conocidos y que no eran precisamente nanométricos.<br />2.2 LA ENERGÍA SOLAR<br />[3] La utilización de la energía solar viene consolidándose desde las últimas 4 décadas como una alternativa válida de ser utilizada cuando los derivados del petróleo sean escasos y costosos. <br />En este escenario de los últimos años, coincidente con el aumento considerable del costo del petróleo, han surgido nuevas tecnologías para el desarrollo de celdas solares fotovoltaicas, lasque en mayor o menor medida podrían seralternativas convenientes para la producciónmasiva de dispositivos con promesa deaccesibilidad y eficiencia para la utilización de la energía solar. Dentro de esta serie de nuevasalternativas tecnológicas para la aplicación en celdas solares se encuentranaquellas que estánbasadas en desarrollo de nanomateriales, es decir,basadas en nanotecnología. <br />2.3 PANELES SOLARES <br />[4] Esta tecnología deaplicación transversal a la enorme mayoría de losdesarrollos tecnológicos de importancia, puedeaportar la solución a la utilización de la energíasolar.<br />Respecto de las diferentes tecnologías para la conversión de energía solar podemos identificar cuatro grandes grupos:<br />Concentrados fotovoltaicos REF _Ref296425467 r h 1) de células multiunión.<br />2) Células de silicio cristalino: silicio monocristalino y policristalino.<br />3) Tecnologías de capa fina: capas finas queutilizan semiconductores CIGS(CuIn1-xGaxSe2) y CdTe.<br />4) Tecnologías emergentes: celdas solaressensibilizadas con pigmentos y celdas orgánicas.<br />Un aspecto muy interesante es que gran parte de la viabilidad económica de estas celdas se debe a la incorporación de la nanotecnología a la fabricación de las mismas. Por lo tanto iremos un poco más en el detalle de la tecnología que involucran las celdas de tipo (4) (celdas solares<br />sensibilizadas).<br />2.4 CELDAS SOLARES A BASE DE NANOTECNOLOGÍA<br />[5] En la mayoría de investigaciones y proyectos en busca de la creación de paneles solares tratan de usar la nanotecnología para lograr un óptimo uso de la luz solar y a costos más bajos con mejores resultados.<br />Una nueva investigación, se vuelve a valer de los nanotubos de carbono para abaratar costos. En este caso los utilizarían para reemplazar dos capas que se utilizan normalmente en los paneles solares. Esto unido a una mejora en el desempeño y a una disminución del costo. Lo extraño es que los investigadores lograron esto dotando a los nanotubos con unas propiedades que necesitaban: defectos.<br />Actualmente, los llamados paneles solares de tinta sintetizada, tienen una película transparente hecha de un óxido que es aplicada al vidrio y conduce electricidad. Luego tiene otra película que es de platino que actúa como catalizador para acelerar la reacción química.<br />Aunque ambos de estos materiales tienen desventajas. El óxido no se puede aplicar fácilmente a materiales flexibles, sino tan sólo en materiales como el vidrio rígido y resistente al calor.  Esto incremente el costo y limita la cantidad de materiales en los cuales puede aplicarse la tecnología. Y la capa de platino resulta cara.<br />Pero los investigadores JessikaTrancik, Scott Calabrese y James Hone, decidieron utilizar nanotubos de carbono para crear una única capa que pueda realizar las funciones de las dos antes mencionadas.<br />Lo que los investigadores necesitaban era  transparencia, conductividad y actividad catalizadora. Los nanotubos de carbono ordinarios no son muy buenos para estas tres propiedades, así que tendrían que sacrificar una de ellas. Por ejemplo, hacer la película más gruesa para así ser un catalizador mejor, pero entonces tendrían menos transparencia.<br />Pero los investigadores lo que descubrieron es que estos materiales funcionan como mejores catalizadores cuando tienen pequeños defectos. Lo que hicieron fue exponer los nanotubos de carbono al ozono, esto los volvió ásperos. Y lo que descubrieron es que películas muy delgadas se volvían excelentes catalizadoras con este método. Por ende no tuvieron que sacrificar ninguna de las tres propiedades mencionadas.<br />Y todo esto renunciando a la capa de platino, que es la más cara y la que servía como catalizadora. Como si fuera poco, mejoraron la conductividad y la transparencia al agregar una capa inferior de nanotubos más largos. Todos estos descubrimientos que venimos informando sobre nanotecnología van a revolucionar la industria solar en los próximos años.<br />Figura 1. [1] Nanotubos de una celda solar.<br />[6] El rasgo principal del nuevo diseño es que está compuesto por torres microscópicas que capturan la luz solar porque tienen un área muy superior a la de los diseños tradicionales de paneles solaresfotovoltaicos que son planos.<br />Estos nuevos paneles tridimensionales producen una cantidad 60 veces superior de electricidad que las células solares comunes. Capturan casi toda la luz que les llega, y también pueden hacerse de un tamaño más reducido y con un peso menor y una complejidad mecánica superior.<br />Figura 2. [1] Pequeñas torres de nanotubos de carbono.<br />Esas pequeñas torres, que componen los paneles solares 3D, apenas miden 100 micrones de altura, construidas a partir de millones de nanotubos de carbono. Los paneles solaresconvencionales reflejan mucha de la luz que les llega, y reducen así la cantidad de energía que pueden generar, pero este nuevo diseño atrapa y absorbe la luz que recibe debido a la estructura de torres que pueden recibir la luz de diferentes ángulos. De esta forma también permanecen eficientes aunque el sol no los ilumine de forma directa.<br />[7] Este nuevo descubrimiento fue realizado para poder crear paneles de menor tamaño para satélites y naves espaciales, pero los investigadores dicen que podría revolucionar la utilización comercial y residencial de paneles solares, ya que serían más livianos, pequeños y eficientes.<br />Aquí vemos semanalmente cómo los paneles solares van evolucionando constantemente y quebrando un record tras otro.<br />Cada vez se van implementando tipos de paneles con características y materiales muy raras pero con un muy buen funcionamiento e utilidad.<br />Investigadores de la UniversidadMcMaster, han logrado hacer crecer nanocables que absorben luz, hechos de materiales fotovoltaicos de alto rendimiento.<br />Figura 3. [1] Nano cables que absorben luz.<br />Estos nanocables están hechos de materiales exóticos como por ejemplo arseniuro de galio, indio galio fosfuro, etc, y pueden absorber más energía solar que el silicio, permitiendo así la creación de paneles tanto eficientes como flexibles.<br />La idea de los investigadores es la de poder producir paneles solares que sean flexibles y baratos compuestos por nanocables en no más de cinco años. <br />Tendrán una eficiencia de conversión de luz solar en electricidad del 20 %. A largo plazo es teóricamente posible conseguir un 40% de eficiencia, dicen los investigadores, dada la superior habilidad de estos materiales para absorber la energía de la luz solar, y la naturaleza atrapante de las estructuras de los nanocables.<br />[8] Las tecnologías actuales ultradelgadas ofrecen tan sólo una eficiencia del 6 al 9 %, así que un 40% es más que festejable.<br />Estos materiales son de sobra conocidos, ¿así que por qué no los habían usado antes? Los investigadores responden que por el costo. Son muy costosos, pero lo bueno de la nanotecnología es que cada nanocable tiene un tamaño de 10 a 100 nanometros de anchos y unos cinco micrones de largo, así que como se imaginarán es muy barato fabricarlos porque es minúscula la cantidad de material necesario.<br />Ingenieros de la Universidad de California, han creado paneles solares experimentales que espigados con nanocables que podrían conducir hacia paneles solares delgados como películas super eficientes, en el futuro.<br />Nanocables de fosfato de indio pueden servir como superautopistas para los electrones que transporten a los electrones liberados por los fotones de luz del sol. Este escenario podría revolucionar la eficiencia de los paneles solares ultradelgados, según el estudio publicado en NanoLetters.<br />Un nanocable es algo microscópico, justamente la nanotecnología lo que hace es llevar todo a un nivel micro, de átomos y moléculas.<br />El nuevo diseño, lo que hace es incrementar el número de electrones que logran llegar desde el polímero que absorbe la luz hasta un electrodo. Al reducir el hueco en la recombinación de electrones, los ingenieros han demostrado una forma de incrementar la eficiencia en la cual la luz puede ser convertida en electricidad en películas fotovoltaicas. Al incluir nanocables en los paneles solares experimentales, la corriente se incremente por seis o siete órdenes de magnitud.<br />[9] “Si uno le provee al electrón un camino definido hacia el electrodo, uno puede reducir algo de las ineficiencias que actualmente plagan los paneles solares delgados hechos de polímeros. Un transporte más eficiente de los electrones y huecos es crítico para crear paneles solares más eficientes”, dijo Clint Novotny, uno de los autores del estudio.<br />Los ingenieros diseñaron una forma de hacer crecer nanocables directamente en el electrón. Este avance les permitió crear superautopistas para los electrones que los lleven desde la interfase de polímero directamente al electrodo.<br />[10] Un panel solar común no tiene un camino marcado para el electrón, por lo cual muchos se pierden antes de llegar al electrodo. Así que esta tecnología puede aportar muchísimo al desarrollo de la energía solar.<br />3 CONCLUSIONES<br />Con la nanotecnología se puede manipular la materia cambiando sus dimensiones y hasta sus propiedades, de esta manera se puede llegar a obtener una diversa gama de elementos con propiedades asombrosas y muy útiles para el desarrollo de la ciencia.<br />En cuanto a los paneles solares, mediante el uso de la nanotecnología se han realizado importantes avances en cuanto a la optimización de la luz solar aumentando la eficiencia de estos paneles de un 6 % a un 9%, y hasta a un 20% pero se pretende alcanzar a un 40% de manera que sería muy beneficioso el uso de estos elementos como fuentes de energía.<br />Con la nanotecnología se han reducido considerablemente los costos de los paneles solares y de esta manera muchos países tratan de implementar estos elementos de una manera considerable ya que los combustibles fósiles están subiendo de precio y cada día existen en menor cantidad por ser una fuente de energía no renovable.<br />Con el uso de los paneles solares se produciría un importante cuidado de la naturaleza por ser elementos que no provocan ninguna emisión de sustancias ni nada por el estilo.<br />4 REFERENCIAS<br />[1] Martín. (2008, Junio 18). Erenobable.com [En líne].Disponible en: http://erenovable.com/2008/06/18/la-nanotecnologia-vuelve-mas-rapidos-eficientes-y-baratos-a-los-paneles-solares/<br />[2] Energía Solar. [En línea]. Disponible en:<br />http://www.gstriatum.com/energiasolar/articulosenergia/07_nuevafuente_solar.html<br />[3] Google.com [En línea]. Disponible en:<br />http://www.google.com/#sclient=psy&hl=es&site=&source=hp&q=definici%C3%B3n+de+fotovoltaico&aq=f&aqi=&aql=&oq=&pbx=1&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.&fp=56f17272a501fb7b&biw=1366&bih=634<br />[4] WordReference.com. [En línea]. Disponible en:http://www.wordreference.com/definicion/NanoLetters<br />[5] NANOletters. [En línea]. Disponible en:<br />http://pubs.acs.org/journal/nalefd<br />[6] Educar. [En línea]. Disponible en:<br />http://aportes.educ.ar/quimica/nucleo-teorico/estado-del-arte/nanotecnologia/campos_de_aplicacion.php<br />[7] Investigación e innovación. [En línea]. Disponible en:<br />http://ec.europa.eu/research/leaflets/nanotechnology/page_49_es.html<br />[8] G. Armendaris-Gavilanes “Química general” vol. 2.No 3. Marzo 2006.<br />[9] AXENA. [En línea]. Disponible en:<br />http://blogueiros.axena.org/2009/09/10/energia-de-alto-rendimiento/<br />[10] Nanotecnología. [En línea]. Disponible en:<br />http://www.nanotecnologica.com/nanomateriales-que-convierten-la-radiacion-en-energia-electrica/<br />

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