Utilización del óxido de zinc para un mejor aprovechamiento de la energía solar.
Hola amigos de Steemit y de la comunidad científica #stem-espanol. En mi ultima publicación les hable sobre la importancia de las propiedades fotocatalíticas y semiconductoras del dióxido de titanio para la eliminación de los contaminantes presentes en el aire, siguiendo esta temática en esta publicación les hablare sobre otro compuesto que presenta un comportamiento similar y que debido a esto puede ser utilizado y aprovechado para mejorar el rendimiento de las celdas fotovoltaicas o paneles solares, este compuesto es el óxido de zinc.
La radiación solar es sin duda una fuente de energía limpia de la cual se puede sacar mucho provecho, pero para que esto se cristalice es necesario primero transformar esta energía solar a energía eléctrica, lo cual se lleva acabo a través del efecto fotovoltaico. Un panel solar o celda fotovoltaica esta compuesto por una sustancia semiconductora capaz de garantizar un flujo o transferencia de electrones cuando es sometida a la luz solar.
Desde hace cierto tiempo se vienen adelantado una serie de estudios, en donde se ha determinado la alta eficiencia del óxido de zinc para la fabricación de este tipo de celdas, veamos a que se debe esto al conocer sus propiedades.
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Óxido de zinc y sus propiedades.
El óxido de zinc un compuesto químico de naturaleza inorgánica que presenta la siguiente fórmula química ZnO, generalmente se encuentra como un polvo blanco y presenta una estructura molecular cristalina, la cual puede ser de forma hexagonal o cubica, siendo la primera la más común. Tiene buena capacidad de absorción de la luz UV, a su vez tiene propiedades semiconductoras y es ampliamente utilizado a nivel industrial, se utiliza en farmacología y cosmética, en la industria alimenticia, como aditivo en la fabricación de plásticos y en los procesos de vulcanización de cauchos, en la fabricación de pinturas y pigmentos entre otras.
El óxido de zinc al igual que el dióxido de titanio, puede ser utilizado para la degradación de contaminantes gracias a su poder fotocatalítico, actúa degradando compuestos orgánicos aromáticos a formas mas simples y con menor grado de toxicidad, debido a esto se ha empleado en procesos de tratamientos a cuerpos de agua contaminados.
Acción semiconductora.
Debido a las propiedades semiconductoras que posee el óxido de zinc, es que es posible su aplicación en la fabricación de paneles solares.
Una sustancia semiconductora es aquella capaz de liberar electrones aumentando su conductividad a medida que aumenta su temperatura. Es bien sabido que el calor representa una forma de energía, pues bien al aumentar la temperatura de un compuesto le transferimos calor y por consiguiente energía cinética, al recibir esta energía los electrones presentes en las ultimas capas del átomo de un semiconductor, pasan a un estado excitación que les confiere movilidad, esta movilidad electrónica esta asociada a la conductividad, es por ello que a mayor temperatura habrá mayor conductividad.
El óxido de zinc presenta la gran ventaja de que es capaz de absorber en gran medida, la energía de radiación ultravioleta proveniente de los rayos solares y emitir un flujo electrónico adecuado, debido a su alto valor de energía de banda prohibida. Este gran poder de absorción de la luz UV lo convierte en una excelente alternativa para la fabricación de celdas solares.
Paneles solares.
Los paneles solares o celdas fotovoltaica constan de un material conductor el cual se encuentra recubierto con por cada lado con una capa de un material semiconductor de cargas contrarias (semiconductor tipo n y semiconductor tipo p), para garantizar que los electrones fluyan a través del conductor, cuando entran en estado de excitación producto de la radiación solar absorbida, generando de esta manera electricidad tal como se muestra en la siguiente imagen.
Estudios sustentan la aplicación del óxido de zinc en paneles solares.
En el año 2013 la Universidad Nacional de Colombia en conjunto con la Universidad de Texas en Estados Unidos, realizaron una investigación en la cual depositaron óxido de zinc sobre dos tipos de sustratos y determinaron como este compuesto, mejoraba la capacidades eléctricas de las celdas fotovoltaica creadas con estos materiales, las superficies fueron sometidas a distintos tipos radiación con un equipo microondas.
Lo mas notorio de la investigación fue la capacidad de absorción de energía en ambos casos, la cual se encontraba en el rango ultravioleta visible, obteniéndose allí el mejor espectro de absorción, con lo cual se pudo asegurar de forma experimental, que el uso de este material en paneles solares puede contribuir a mejorar su eficiencia.
La energía solar es el objetivo.
Sacar el máximo aprovechamiento posible de la energía solar es sin duda una de las metas a alcanzar en el corto plazo, mientras mas pronto se logre la masificación de este tipo de tecnologías, habremos dado un paso agigantado en la interminable lucha por recuperar el equilibrio armónico de nuestro planeta.
Me imagino en un futuro no muy lejano vehículos trabajando con paneles solares para producir hidrógeno del agua y utilizarlo como combustible, a casas utilizando fotoceldas para abastecerse de electricidad, teléfonos celulares que se carguen solo con la incidencia de la luz solar, me siento optimista de que eso pudiera ser mas pronto de lo que se piensa.
El potencial que nos ofrece el uso de la energía solar se pierde de vista, y todos nuestros esfuerzos deben estar enfocados en la generación alternativas de energías amigables al ambiente, el cambio climático y el efecto invernadero son dos problemas que forman parte de nuestra realidad, una realidad cruel que cada día nos azota con mayor contundencia. Este es el momento de hacer lo correcto!!!
Les dejo el siguiente vídeo complementario, donde se explica el efecto fotovoltaico que ocurre en una celda solar:
Saludos!
Referencias:
DESARROLLO DE UN MATERIAL COMPÓSITO DE ÓXIDO DE
ZINC IMPREGNADO EN UN SOPORTE GRANULAR QUE
PRESENTE ACTIVIDAD FOTOCATALÍTICA ; DAVID ADRIÁN OCHOA FAJARDO; FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y
AGROINDUSTRIA DE LA ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL ; QUITO, ECUADOR.ENERGÍA SOLAR Y SUS BENEFICIOS: http://www.certificadosenergeticos.com/energia-solar-beneficios-que-efecto-fotovoltaico
DETERMINACIÓN DE BANDAS PROHIBIDAS EN SEMICONDUCTORES : http://webpersonal.uma.es/~jmpeula/banda_prohibida.html
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA;
MEJORAS DEL RENDIMIENTO DE CELDAS SOLARES: http://agenciadenoticias.unal.edu.co/detalle/article/oxido-de-zinc-mejora-rendimiento-de-celdas-solares.htmlMUNDO SOLAR: http://www.dforcesolar.com/energia-solar/el-oxido-de-zinc-incrementa-la-eficiencia-de-paneles-solares-delgados/
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Estimado @joseleogon normalmente el ZnO tiene conductividad eléctrica tipo n y se utiliza como material ventana en la configuración de una celda solar como la que presentas en la imagen 6. La brecha de energía de 3.4 eV es alta y por eso se utiliza como ventana, no absorbe cierta longitud de onda de la radiación solar para que pueda llegar hasta el material absorbente que debería tener una brecha de energía de 1.4 - 1.8 eV para aprovechar el máximo de la irradiancia solar. Como el ZnO puede presentar cualquiera de las dos estructuras cristalinas, se debe utilizar un buffer, puede ser CdS, entre el material absorbente y el material ventana para evitar el "mismatch" entre las diferentes estructuras cristalinas. En la región intermedia, se origina una región de carga espacial que separa las cargas eléctricas y se produce la generación del par electrón-hueco dando origen a los mecanismos de conducción eléctrica de este dispositivo fotovoltaico. Bueno, más o menos ocurre este fenómeno.
Que interesante, osea que dependiendo que si la estructura cristalina del óxido de zinc es hexagonal o cubica se va a ver afectada su capacidad conductiva? Pregunto. El Buffer actuaría entonces contrarrestando este efecto.
Creo que a lo que se refiere es que como tienes una sustancia con dos estructuras diferentes existe la posibilidad de que el contacto entre las capas no sea el ideal por lo que la unión o el contacto entre las capas es asegurado o mejorado empleando el buffer, de manera que tienes una celda mas eficiente.
"Celdas Galvánicas", recuerdo esa clase... La verdad que sería una gran alternativa si se adoptara. Como siempre excelente post
Muy buena tu publicación hermano, una información bastante interesante para que aprovechemos al máximo el uso de la energía solar, no tenía conocimiento sobre esto, me fue grato leerlo y aprender un poco más sobre un tema que desconocía. Muchas gracias por tu aporto hermano, mucho éxito para ti.
Interesaaante brother... tengo unos paneles solares en el fundo amigo y ando medio perdido del tema. Tenemos problemas con el acceso a la energia electrica y los paneles son la solución que hemos implementado.
wow... Que genial, de verdad... Aplausos.
No sabia que tenia esta utilidad, gracias por esta información, bien interesante.