El concepto de batería solar permite combinar las células solares que captan la luz y su almacenamiento en un mismo dispositivo, que permite luego usar la energía a demanda.

“En el grupo de la profesora Bettina V. Lotsch, del Instituto Max Planck, habían conseguido sintetizar un material capaz de absorber la luz y almacenar esa energía para emplearla posteriormente bajo demanda, y se nos ocurrió usarlo para crear una batería solar”, explica Alberto Jiménez-Solano, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Córdoba, quien, junto con un equipo del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido (Stuttgart, Alemania), ha llevado a cabo un estudio en el que exploran las características de diseño de una batería solar diseñada a partir de un material basado en nitruro de carbono 2D.

Para ello, primero tuvieron que depositar una capa delgada de nitruro de carbono potasio 2D, poli(heptazinaimida), K-PHI) para crear una estructura estable y comenzar a fabricar un dispositivo fotovoltaico, ya que normalmente ese material se encuentra en forma de polvo o en suspensiones acuosas de nanopartículas.

Ese trabajo previo permitió que ahora presenten un diseño de batería solar en el que, combinando simulaciones ópticas y experimentos foto-electroquímicos dan una visión de las características de este dispositivo con buen rendimiento a la hora de capturar la luz solar y almacenar la energía.

La estructura física del dispositivo consiste en “un vidrio de alta transparencia, que presenta un recubrimiento conductor transparente (para permitir el transporte de carga), y una serie de capas de materiales semitransparentes (con diferentes funcionalidades), y otro vidrio conductor que cierra el circuito”, describe el investigador.

Se crea así una especie de ‘sándwich’ a partir de diversas capas cuyos grosores han sido estudiados para maximizar tanto el nivel de absorción de luz –que, en este caso, tiene lugar por ambos lados– como el de almacenamiento.

En “Bridging the Gap between Solar Cells and Batteries: Optical Design of Bifunctional Solar Batteries Based on 2D Carbon Nitrides”, publicado en Advanced Energy Materials, se demuestra el desempeño de este dispositivo basado en un material inocuo, abundante, sostenible medioambientalmente (se extrae de la urea) y fácil de sintetizar. “Este trabajo de ciencia básica no se queda sólo en el papel, también explora los límites experimentales, proponiendo diseños factibles para estas baterías solares”, concluye Jiménez-Solano.

Los investigadores afirman que los resultados presentados en el artículo son transferibles a otros conceptos de baterías solares, como los fotocondensadores o las baterías solares de flujo redox, que utilizan electrodos bifuncionales o tienen heterouniones separadas de materiales de absorción de luz y almacenamiento de carga.