La molienda mecánica destaca por su relativa simplicidad,
bajo costo y capacidad para llevarla a escala industrial, lo que la convierte
en una opción idónea para fabricar paneles solares fotovoltaicos. Mediante esta
técnica, ingenieros caracterizaron nanopartículas (de tamaños imperceptibles al
ojo humano) de silicio y óxido de zinc que servirían para mejorar las celdas
solares, es decir los dispositivos que convierten la radiación solar en energía
eléctrica.
Entre estas técnicas se incluyen la síntesis química, la
deposición química de vapor (CVD), la ablación láser y la electroerosión.
Cada una de ellas presenta ventajas y desventajas
específicas en términos de control de tamaño, forma, composición y estructura
de las nanopartículas producidas. Sin embargo, la molienda mecánica destaca
porque es un proceso relativamente sencillo y económico.
Este consiste en reducir el tamaño de las partículas
mediante la fricción y colisión entre ellas en un medio de molienda, como bolas
o barras, dentro de un recipiente rotatorio. Este método se utiliza para
producir materiales finos en diversas industrias, desde la metalurgia hasta la
producción de polvos cerámicos.
La estrategia de obtener nanopartículas de silicio y óxido
de zinc se les ocurrió al profesor Roberto Andrés Bernal Correa y a la
ingeniera física Diana Valentina Herrera Díaz, de la de la Facultad de Ciencias
Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede
Manizales.
El silicio se encuentra en la naturaleza y se emplea en
electrónica y en la producción de vidrio. El óxido de zinc, extraído del
mineral de zinc, se utiliza en protectores solares y pinturas, por sus
propiedades protectoras y farmacéuticas.
“Las celdas solares son fundamentales para generar energía
eléctrica a partir de fuentes renovables. Esto implica la necesidad constante
de mejorar la eficiencia y reducir costos. En este contexto, el óxido de zinc y
el silicio son candidatos prometedores para optimizar la eficiencia energética
de las celdas solares”, señala la ingeniera física.
Una molienda eficaz
En esta investigación se empleó un equipo planetario de
bolas bajo condiciones específicas de molienda, con una relación 10:1 de masa
de bola a polvo y tiempos de molienda variados. Para el silicio se añadió
solvente (alcohol isopropílico) antes de la molienda y se dejó secar a
temperatura ambiente.
A través de microscopios se observaron variaciones en el
tamaño de las partículas, con la formación de aglomerados de partículas más
pequeñas. A medida que aumentó el tiempo de molienda se evidenció una reducción
en el tamaño de los aglomerados y una segmentación en las partículas, lo que
sugiere una influencia significativa del tiempo de molienda en las
características morfológicas de los polvos de óxido de zinc obtenidos.
La técnica de difracción de rayos X reveló que el óxido de
zinc conservó su forma cristalina a pesar del proceso de molienda, aunque el
tamaño de los cristales disminuyó al aumentar el tiempo de molienda.
Por otro lado, la espectroscopía Raman proporcionó
información sobre las vibraciones atómicas dentro del óxido de zinc, y se
observó la aparición de algunas impurezas y vacíos en la estructura durante el
proceso de molienda, fenómenos naturales que no afectan la obtención de
nanopartículas.
Tales hallazgos contribuyen tanto al entendimiento
fundamental de estos materiales como a la apertura de nuevas posibilidades para
su aplicación en la mejora de la eficiencia energética de las celdas solares,
lo que tendría un impacto significativo en la transición hacia fuentes de
energía más sostenibles y limpias.
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