Electrónica hecha de plástico

El "Deutscher Zukunftspreis 2011" fue ganado por un equipo integrado por investigadores del Instituto Fraunhofer actuales y anteriores. El profesor Karl Leo, el Dr. Jan-Blochwitz Nimoth y el Dr. Martin Pfeiffer fueron honrados por sus logros pioneros en el campo de la electrónica orgánica.

Cuando el concepto fue propuesto por primera vez, este fue desechado por ser irrealizable: "Nunca funcionará", comentó un perito asesor para una solicitud de financiación de la investigación. Hoy, 15 años más tarde, el físico profesor Karl Leo y dos de sus colegas se han presentado con el "Deutscher Zukunftspreis", uno de los premios de investigación en Alemania más prestigiosos, por lo que fue una idea muy controvertida. Leo, director del Instituto Fraunhofer para Microsistemas Fotónicos IPMS en Dresden, ha dedicado la mayor parte de su carrera a la electrónica orgánica.

Hasta ahora, la mayoría de los componentes electrónicos se han hecho de silicio inorgánico. El material frágil es un semiconductor bueno, pero su fabricación requiere de un proceso altamente sofisticado. Se trata de crecimiento de cristales grandes a temperaturas altas y luego cortarlas en rodajas finas conocidas como obleas.

Una solución más elegante es usar un material orgánico, un tipo de tinte utilizado en la producción de señales de tráfico. Estos materiales tienen la ventaja de que puede aplicarse como un recubrimiento de películas flexibles y otros sustratos. Esto da lugar a un sinfín de nuevas posibilidades, tales como las pantallas que se pueden enrollar y llevadas en un bolsillo del chaleco o paneles intercambiables de ventana que se encienden por la noche para iluminar las habitaciones, mientras que apenas se consume electricidad alguna. Por otro lado, los tintes orgánicos son pobres conductores eléctricos.

Pero aquí es donde la idea ingeniosa, alguna vez burlada, entra en juego: su poco satisfactoria conductividad se puede aumentar por el dopaje, es decir, añadiendo una pequeña cantidad de otra sustancia química. Después de años de experimentos, los investigadores han tenido éxito en la creación de materiales con una conductividad eléctrica de un millón y más veces mayor que los tintes originales, con una relación de dopaje de no más del uno por ciento.

Los recubrimientos semiconductores ultrafinos ya han hecho su camino hacia la producción en masa. Ellos son igualmenteversátiles como los chips de silicio que les precedieron, por ejemplo,ellos convierten la energía eléctrica en luz con la misma facilidada que convierten la luz solar en electricidad. NovaledAG ha adoptado el primer enfoque, utilizando la tecnología para producir materiales para las pantallas y lámparas, mientras que Heliatek GmbH ha optado por centrarse en la energía fotovoltaica.

Novaled AG esta un poco más adelante en términos de marketing: la empresa esta ya produciendo en masa materiales para pantallas de teléfono móvil. Dentro de dos o tres años, tiene la intención de comenzar el suministro de materiales para las pantallas de TV ultraplano que entregan colores iguales a los verdaderos y consumen un mínimo de energía. "Las pantallas OLED combinan las mejores cualidades de las pantallas LED y plasma, las dos tecnologías actualmente disponibles", dice Blochwitz-Nimroth (Novaled). Son más eficientes que los televisores de plasma y logran imágenes más nítidas que la tecnología LED, ya que no necesitan retroiluminación.

Las celdas solares hechas de materiales orgánicos aún no han llegado al mercado masivo. Heliatek GmbH espera comenzar la producción el próximo año. Los últimos prototipos de la compañía tienen una eficiencia de un diez por ciento, que aún no está lo suficientemente alto como para competir con las células de silicio convencionales. "Pero en el largo plazo vamos a llegar a una eficiencia cercana al 20 por ciento", afirma el profesor Leo. Por otra parte, las celdas orgánicas tienen otras ventajas en comparación con la tecnología del silicio, la principal de ellas, un proceso de fabricación mas sencillo - y por lo tanto más barato.

El método empleado por Karl Leo y su premiado ex colegas consiste en depositar capas de espesor microscópico de la materia orgánica en un sustrato. Estas capas tienen un espesor de no más de una quinta parte de un micrón - mil veces más delgado que las células solares convencionales. Sólo alrededor de un gramo de material semiconductor se necesita para recubrir una superficie de un metro cuadrado - en un proceso que se lleva a cabo a temperatura ambiente, no a 1000 o mas °C requeridos para producir celdas inorgánicas.

Esto no sólo ahorra energía sino que también permite a las películas de PET ser usadas como sustrato, en lugar del vidrio termoresistente que antes era la única opción. El PET es el mismo plástico usado para hacer botellas de refrescos. Es barato, ligero y flexible. Los premiados han desarrollado un proceso continuo basado en la tecnología de rollo a rollo que permite a las celdas solares ser fabricadas a bajo costo en grandes cantidades. Los módulos resultantes ligeros se pueden instalar en techos demasiado débiles para soportar el peso de los paneles fotovoltaicos estándar.

Fraunhoffer
20 Diciembre 2011