El desarrollo de tecnologías innovadoras que combinan materiales orgánicos e inorgánicos, la investigación con equipo semiindustrial, la transferencia de tecnología, los materiales nanoestructurados avanzados y los procesos de fabricación, son sólo algunos de los ingredientes de un proyecto multidisciplinario cuyo objetivo es desarrollar nuevos dispositivos para celdas solares.
Estas tecnologías establecen nuevos paradigmas en la investigación en Electrónica a nivel mundial y darán paso, en un futuro no muy lejano, no sólo a la producción de energía limpia y renovable, sino también a aplicaciones en electrónica transparente, biofotónica y nuevos tipos de dispositivos de iluminación.
El proyecto se desarrolla en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), perteneciente al Sistema de Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) como parte del Fondo Sectorial de la Secretaría de Energía (SENER)-Sustentabilidad Energética, y reúne a investigadores de diversas áreas.
Los líderes de esta investigación son la Dra. Svetlana Mansurova, investigadora de la Coordinación de Óptica; el Dr. Andrey Kosarev de la Coordinación de Electrónica, y el Dr. Ismael Cosme Bolaños, catedrático Conacyt-INAOE. También participan instituciones como el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), estudiantes de posgrado y técnicos altamente especializados.
La Dra. Svetlana Mansurova explica que este proyecto interdisciplinario busca desarrollar dispositivos optoelectrónicos, “en particular en esta etapa son dispositivos fotovoltaicos o celdas solares”.
Subraya que se trabaja en tres tipos de tecnología para celdas: “Una es inorgánica, desde hace tiempo el Dr. Kosarev trabaja con celdas inorgánicas con base en películas delgadas; otra es una que empecé después con semiconductores orgánicos con propiedades de semiconductores, que tiene una serie de ventajas, como sus procesos de fabricación, y la tercera es la investigación en híbridos que ahora se encuentra en desarrollo en conjunto con el Dr. Ismael”.
El Dr. Kosarev indica: “En general, este proyecto trata sobre la fabricación de estructuras de dispositivos con base en películas delgadas. El INAOE tiene tecnologías importantes a nivel mundial y son únicas en México: una con base en materiales inorgánicos depositados por plasma y otra basada en materiales orgánicos. Con cada una de ellas podemos fabricar dispositivos. Y una tercera línea muy interesante son las estructuras híbridas (orgánicas-inorgánicas). Cuándo inicia la innovación: cuando se puede hacer un prototipo, no pequeñas muestras, y se necesita fabricar el prototipo en equipo semiindustrial. Esto lo podemos hacer en nuestro Laboratorio de Microelectrónica porque cuenta con el equipo necesario”.
Por su parte, el Dr. Ismael Cosme, quien trabaja en esta dirección de dispositivos híbridos y materiales avanzados nanoestructurados, menciona: “Tenemos ya algunos resultados interesantes. Los inorgánicos son atractivos porque son una tecnología estable, madura y tienen propiedades electrónicas interesantes. Por el otro lado, los materiales orgánicos constituyen una tecnología nueva, aunque presentan algunas desventajas en cuanto a propiedades electrónicas, pero tiene ventajas en sus procesos de fabricación, se pueden depositar a temperatura ambiente y a presión atmosférica, a diferencia de los inorgánicos que se depositan a altas temperaturas y con sistemas de alto vacío. Nosotros combinamos ambas tecnologías. Lo que busca la tecnología híbrida es tener las ventajas de ambos tipos de materiales en un solo dispositivo”.
Informa que recientemente presentaron tres estructuras nuevas en la “Conferencia Internacional de Semiconductores Amorfos y Nanocristalinos-ICANS26” en Alemania: “Dos de estas estructuras son completamente nuevas, se han fabricado por primera vez, actualmente estamos en el proceso de registro de patentes de ambas. La tercera ya se había fabricado, pero también quisimos probarla y logramos obtener resultados muy interesantes en propiedades electrónicas, porque en corriente de circuito superan a sus similares en orgánicos e inorgánicos, y estamos hablando de valores de corriente que han obtenido institutos de investigación líderes en Estados Unidos o Japón. Entonces, estamos cumpliendo los dos objetivos de juntar estas tecnologías: estamos obteniendo las ventajas de los materiales inorgánicos con buenas propiedades electrónicas pero además la buena noticia es que estamos reduciendo las etapas de fabricación que requieren alta temperatura y alto vacío al sustituir algunos materiales inorgánicos por orgánicos. Todo esto se traduce en una reducción de energía para fabricar estos dispositivos”.
El Dr. Kosarev señala además que en la actualidad el equipo de investigación se aboca a la fabricación de estructuras sobre sustratos flexibles como plásticos: “Muy pocos países tienen tecnología en estos materiales. Por otra parte, las celdas actuales son estructuras rígidas y eso aumenta mucho el costo por el manejo y mantenimiento, y estos materiales orgánicos se pueden imprimir fácilmente, son ligeros y flexibles”.
“Precisamente, el trabajo del grupo va encaminado hacia esta dirección, esta tecnología flexible es aplicable en celdas solares y en la generación de energía sustentable localizada. En México, la SENER dirige la Estrategia Nacional de Energía 2013-2027 y el Programa Sectorial de Energía 2013-2018 y este trabajo definitivamente va en estas líneas”, puntualiza. “Además potencialmente se puede fabricar no sólo en plástico, sino también en textiles, por ejemplo”
El científico refiere que en la Electrónica moderna hay un área para crear nuevos dispositivos en materiales innovadores para aplicaciones originales conocida como “Large Area Electronics”.
Para la Dra. Svetlana Mansurova el siguiente paso en el proyecto es producir dispositivos con mejores características, más eficientes, “además de contribuir a resolver el problema de sustentabilidad; esta misma tecnología flexible puede ser usada para un amplio espectro de dispositivos, no sólo fotovoltaicos, sino también para emisores de luz para sustituir a las lámparas tradicionales. Pronto cambiará el concepto de iluminación”.
El Dr. Ismael Cosme concluye: “También iniciamos trabajos en electrónica transparente que puede ser base de tecnología para pantallas o para celdas solares que se podrán colocar sobre ventanas y que además de generar electricidad, también controlarían la temperatura dentro de las habitaciones”.
