Películas fotovoltaicas orgánicas: los polímeros brillan con luz propia

ASCA es líder mundial en fotovoltaica orgánica (OPV); ¿podría explicarnos qué es la tecnología OPV?

A diferencia de los paneles solares tradicionales, que están hechos de silicio, la OPV está compuesta por moléculas orgánicas cuyo elemento principal es el carbono. Concretamente, se trata de polímeros semiconductores que, una vez excitados por la luz solar, liberan electrones que al moverse generan electricidad. Aunque explicado de forma bastante esquemática, eso es básicamente lo que sucede.

¿Dónde reside el interés de esta tecnología?

¡En muchos aspectos! En primer lugar, las películas ASCA® son transparentes, pueden adoptar varios colores y son flexibles, por definición. Esto proporciona una gran libertad en cuanto a las formas, de modo que se pueden aplicar, por ejemplo, sobre estructuras cóncavas o convexas, así como sobre diversos materiales, desde metales hasta cemento, vidrio o tejidos. Su proceso de fabricación, conocido como «roll-to-roll», requiere muy poca energía (tan solo 100 °C frente a los 1000 °C necesarios para los paneles de silicio) y no utiliza metales raros. Por último, son muy ligeras y, por lo tanto, se pueden colocar en cualquier lugar sin tener que reforzar la estructura.

Ha mencionado el proceso «roll-to-roll». ¿Podría explicarnos en qué consiste?

Aplicamos nuestro polímero semiconductor en forma líquida sobre una película de tereftalato de polietileno (PET), en varias capas. Una de ellas actúa como cátodo y otra como ánodo. Para ello, utilizamos diferentes polímeros fotoactivos, pero eso es todo lo que puedo decir al respecto, ya que, si bien nuestro proceso está protegido por varias docenas de patentes, como es lógico, también nos reservamos algunos secretos. Las cinco capas que componen la película se aplican de manera continua a alta velocidad; esto es lo que denominamos «roll-to-roll». Luego, un láser degrada el material para permitir la conexión de las celdas entre sí. El conjunto se encapsula en una película de barrera para garantizar la perfecta hermeticidad del módulo. Solo queda colocarlo y conectarlo al sistema eléctrico del edificio u objeto que recubre. Gracias a esta tecnología, tenemos la capacidad de producir aproximadamente 1 millón de metros cuadrados de película fotovoltaica al año.

La competencia es intensa en su campo de actividad. ¿Cuáles son sus puntos fuertes?

Cierto. Pero antes de hablar de nuestros puntos fuertes, quiero mencionar que la OPV es una tecnología que la China, todavía líder mundial en el sector de los paneles fotovoltaicos tradicionales, no domina. Por lo tanto, estamos orgullosos de contribuir, de este modo, a la independencia industrial de nuestro país, e incluso de Europa.

Todos nuestros módulos se producen en nuestras instalaciones en Francia y Alemania. Además, nos alineamos plenamente con el decimotercer Objetivo Mundial de las Naciones Unidas, que insta a tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus repercusiones.

Volviendo a nuestros puntos fuertes, diré que somos de los pocos que ofrecen una película que puede colocarse sobre todo tipo de superficies, sea cual sea su diseño. Debemos a ello parte de nuestro éxito. Pero no vamos a dormirnos en los laureles, sino que seguimos muy activos en el campo de la investigación, incluso la investigación fundamental, a fin de mejorar constantemente nuestros materiales y encontrar la combinación óptima en todo momento. Para lograr el mejor rendimiento posible, es crucial seleccionar los polímeros adecuados, ya que en función de sus propiedades intrínsecas puede variar, por ejemplo, su capacidad de absorción de la luz.

 Las cualidades específicas del material elegido influyen en la composición de la capa activa, que puede evolucionar de una generación a otra. Seguimos de cerca la evolución de los plásticos y hemos establecido estrechos vínculos con numerosos socios para obtener los polímeros más eficientes en relación con nuestro proceso de producción «roll-to-roll». En 2020, logramos un rendimiento superior al 25 % en condiciones de baja luminosidad. Este logro se debió en gran medida a la reciente incorporación de materiales desarrollados junto con nuestro socio Raynergy Tek, una empresa química taiwanesa especializada en materiales semiconductores orgánicos para OPV. Desde entonces, hemos seguido aumentando el rendimiento en aproximadamente un 40 % gracias a la incorporación de nuevos polímeros –para los expertos, añadiré que se trata de aceptores no basados en el fullereno (NFA)– desarrollados en colaboración con el mismo socio.

Finalmente, sabemos que, para cautivar a los diseñadores y arquitectos, nuestros módulos deben poder fabricarse en diferentes colores, ya que la estética de sus proyectos suele ocupar un papel central. En la actualidad, somos de los pocos que ofrecemos a nuestros clientes una amplia gama de colores.

Háblenos de los proyectos que han realizado

Comenzaré con uno que ha dado mucho de que hablar, y con razón... Se trata del pabellón Novartis recientemente inaugurado en Basilea, en Suiza. La idea de los arquitectos era hacer de este edificio una verdadera fachada multimedia autónoma en términos de energía, es decir, alimentada únicamente por el sol. Es un edificio de forma muy compleja que podría describirse como una esfera truncada.

Por cuestiones de diseño, no era posible integrar paneles solares tradicionales sin perder la sensación de pureza formal que emana el edificio. Fue por esta razón que los arquitectos acudieron a nosotros. La envoltura del edificio fue revestida con nuestros módulos, los cuales fueron integrados en cerca de 10 000 paneles de policarbonato (en total, 1300 m2) que adoptan la forma de rombos y triángulos de diez tamaños diferentes.

 Diseñados para adaptarse a las curvas de la estructura redondeada, los módulos OPV están directamente integrados en la fachada multimedia y la alimentan con energía que procede exclusivamente de la luz del sol. Las 30 240 luces LED que la componen permiten proyectar animaciones luminosas. Cada noche, el pabellón cobra vida durante aproximadamente treinta minutos gracias a nuestras células solares orgánicas.

Estamos igualmente orgullosos de la integración de nuestras células en barandillas de vidrio, aunque ello no resulte tan espectacular, al menos no visualmente. Para lograrlo, trabajamos en estrecha colaboración con un vidriero alemán. Estas barandillas están presentes en unos edificios en Möhringen, cerca de Stuttgart, donde se instalaron un total de 88 paneles de vidrio. La electricidad generada por estas células solares puede ser inyectada en la red pública o ser consumida directamente. La combinación de las barandillas OPV con los paneles fotovoltaicos instalados en el techo ha permitido que estos edificios cumplan con los criterios de construcción «pasiva» en cuanto a rendimiento energético. Es una tecnología bastante similar a la que utilizamos en Irlanda, en el contexto de un invernadero solar. El invernadero incorpora 15 módulos solares triangulares, laminados entre dos paneles de policarbonato, que durante el día recargan una batería. Cuando llega la noche, la batería alimenta una lámpara ultravioleta durante 3 horas, prolongando así el período de crecimiento de las plantas.

Para concluir, me gustaría mencionar los elementos de mobiliario urbano, como los árboles solares, ubicados también en Alemania. Estos árboles solares de 6 metros de altura proveen de energía una estación de bicicletas eléctricas en una residencia para personas mayores en la localidad de Löchgau. Las «hojas» de cada árbol solar están compuestas por nueve módulos OPV verdes, cada uno de 2,5 metros de longitud. Estos módulos fueron laminados entre dos paneles de policarbonato en colaboración con un vidriero.

¿También se pueden integrar en tejidos?

Sí, por supuesto, principalmente en el etilenotetrafluoroetileno (ETFE), un material que reviste muchas estructuras, a menudo monumentales. El mundo de la moda también muestra interés en nuestras películas, como Art by Physicist, una empresa emergente estadounidense especializada en la moda de alta tecnología y sostenible. Este grupo ha creado una chaqueta y un vestido conectados que permiten recargar dispositivos electrónicos sobre la marcha gracias a la integración de nuestros paneles, que en este caso adoptan la forma de un loto. Las aplicaciones son numerosas: pienso, por ejemplo, en una mochila conectada donde podemos recargar el teléfono... ¡Ahora son los diseñadores quienes deben tomar la iniciativa y demostrar imaginación!

 ^{En el momento de la publicación de este artículo, cuya entrevista fue realizada en el mes de junio, la empresa ARMOR GROUP, activa en el campo de la energía solar a través de su filial ASCA, ha anunciado la reorientación de sus esfuerzos hacia la producción de bobinas de películas fotovoltaicas orgánicas (OPV) destinadas a diseñadores de soluciones solares. Esto permitirá a la empresa centrarse en su histórica experiencia en la fabricación de tintas y recubrimientos para la elaboración de productos industriales semiacabados y relegar el diseño y desarrollo de soluciones solares y proyectos arquitectónicos, una etapa posterior de la actividad.}