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Entrevista a J.M. Miranda, ganador del ‘Artículo del mes’ de abril

El investigador del ICMS ha optimizado el funcionamiento de celdas solares bifaciales mediante la introducción de desorden óptico

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Poco partidario de planificar su vida, José María Miranda llegó al Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla tras pasar un año “revelador” en un grupo de investigación en Alemania. Fue un capricho del destino que allí acabara escogiendo un grupo especializado en óptica no lineal, ya que también le llamaba la atención la geofísica. Las dudas no tardaron en llegar, pero, con el tiempo, descubrió que la investigación era una oportunidad excelente para seguir aprendiendo y toda esa incertidumbre se disipó. A día de hoy prepara su tesis doctoral en el grupo ‘Materiales Ópticos Multifuncionales’.

 

Eres el primer firmante del ‘Artículo del Mes’ de abril. ¿Qué implicación tiene vuestro estudio para la ciencia?

Es una contribución al modelo energético basada en el diseño y optimización de un dispositivo optoelectrónico, concretamente, una celda solar bifacial de colorante, en la que se ha introducido desorden óptico. La finalidad es la mejora de la eficiencia de esa celda mediante un aumento de la absorción de la luz. Es importante señalar que, dado el carácter bifacial de la celda, el dispositivo funciona por las dos caras, minimizando así los problemas derivados del movimiento del sol a lo largo del día.

¿Podrías describir la función del colorante en las celdas solares?

En este tipo de celdas, el elemento fotosensible es un colorante, el N719, capaz de generar electrones al recibir radiación solar. El problema está en que no en toda la región del espectro visible se absorben los fotones de luz de la misma manera, por ejemplo, en la zona del color rojo la absortancia decae significativamente. Por otro lado, otra de las funciones del colorante es estética, ya que las celdas se pueden fabricar en distintos colores e incluirse en infraestructuras de diversa índole sin perder la armonía visual.

¿Cómo se solventó ese problema que refieres?

Principalmente, introduciendo en las celdas partículas esféricas de un alto índice de refracción, en concreto, de dióxido de titanio. La inclusión de estas partículas se hizo de forma desordenada. El desorden implica que no exista una dirección preferencial de iluminación y la mejora en el funcionamiento de la celda es significativa, independientemente de la cara por la que incida la luz.

¿De qué hipótesis partíais?

Existen trabajos previos sobre este tipo de celdas y sus propiedades, ya que su proceso de fabricación es barato y se ha optimizado con el tiempo. Antes de nada, tengo que decir que somos conscientes de que no podemos competir con la tecnología fotovoltaica de silicio, pero también es cierto que las celdas solares de colorantes pueden usarse donde la tecnología de silicio no llega o, a día de hoy, no se sabe cómo emplearse.

Volviendo al tema de la pregunta, nosotros partimos de una teoría demostrada con éxito previamente, que implicaba la inclusión de centros dispersores de luz de alto índice de refracción dentro del fotoánodo de la celda. Esto implica el aumento del camino óptico de la luz y el tiempo de residencia de los fotones dentro del electrodo. Cuanto más tiempo permanezca los fotones ahí, más probabilidad hay de que interaccionen con las moléculas de colorante y puedan ser absorbidos de forma más eficiente.

¿Qué diferencia existe entre los trabajos anteriores y el vuestro?

En las aportaciones anteriores todo se centraba en dispositivos a los que habían introducido partículas amorfas. Nosotros hemos introducido nanoesferas de dióxido de titanio, que producen un fenómeno llamado Mie scattering o dispersión Mie. En una esfera no hay la misma probabilidad de dispersión de la luz en todos los ángulos, puesto que prevalece la dispersión hacia adelante. Este hecho es relevante, ya que así podemos controlar la propagación de la luz dentro de la capa activa de nuestra celda a través de parámetros como el tamaño de las esferas y la fracción de llenado.

Aplicando estas premisas conseguimos una mejora de la eficiencia del dispositivo que llega hasta a un 25% en iluminación delantera, y a un 33% en iluminación trasera. Al dividir la eficiencia trasera entre la frontal, se obtiene un cociente máximo de en torno al 80%, de los más altos que se han conseguido para celdas de colorante con materiales convencionales y con una arquitectura básica.

Vamos a centrarnos un poco más en ti. ¿Hace cuánto que investigas en el ICMS?

Llevo aquí desde comienzos de 2014, y desde 2015 con una beca FPU, por lo que espero estar tres años más, hasta que termine la tesis.

¿Por qué te sumergiste en este mundo?

En realidad, siempre he tenido un abanico amplio de gustos. De pequeño ya decía que quería ser músico e inventor, así que estudiar Física era como fomentar esa especie de curiosidad que tenía por la inventiva. Sí que es cierto que en su momento no tenía nada claro qué carrera escoger, pero fue mi madre la que me convenció definitivamente para que me matriculara en Física.

Con respecto a la investigación, tampoco tenía muy clara cuál era la rutina de un investigador, sin embargo, al terminar la carrera, comencé un master en la Universidad de Münster, Alemania, y eso supuso una revelación para mí. Empecé a trabajar en un grupo especializado en óptica no lineal y me di cuenta de que la investigación era una forma muy bonita de aprender.

¿Qué obstáculos has encontrado en tu carrera?

Obstáculos a la hora de trabajar siempre hay y es necesario aceptarlos para sobrellevar el día a día. El trabajo experimental es bonito, pero también duro; se puede llegar a invertir mucho tiempo y que nada funcione.

Otro obstáculo, y éste es más bien personal, es la autoexigencia que muchas veces nos imponemos los investigadores. Estar en grupos prolíficos y de gran proyección tiene un precio. Nunca quieres que tu grupo cojee por tu culpa y, aunque recibas ayuda y no haya presión externa aparente, a veces, las presiones internas pueden superar a las externas. Hay quien lo toma como una motivación, pero puede llegar a ser complicado de gestionar.

¿Tienes algún proyecto futuro a la vista?

Nunca planifico nada, porque la vida es imprevisible. Hasta ahora, mi carrera como investigador ha sido una sucesión de oportunidades que han llegado cuando menos lo esperaba, y es mejor así. Sí que puedo decir que ahora mismo estoy bastante cómodo con lo que hago aquí y mi objetivo principal es acabar la tesis.

¿Qué destacarías del cicCartuja como centro?

Principalmente, la oferta tan amplia de temas de investigación que alberga, ya que cuenta con tres institutos totalmente distintos. Otra virtud que resaltaría de este centro es que el personal científico está muy motivado y esto ayuda mucho a avanzar.

¿Cómo ves el panorama actual de los investigadores en España?

La cosa está muy fea y no sabemos dónde acabaremos estableciéndonos. Si quieres continuar en la carrera investigadora y, precisamente, lo que quieres estudiar está en un grupo español, es muy complicado tener la certeza de que lo vas a conseguir. En cierto modo te obligan a buscarte la vida fuera de tu país.

Si estuviera en tu mano, ¿qué harías para mejorar esta situación?

Es una pregunta muy complicada de responder, pero tengo claro que hay que ampliar el abanico de temas de investigación para que pueda acceder más gente. Otro punto que fomentaría es el relativo a acuerdos de colaboración con empresas.

¿Qué consejo le darías a alguien que quiera ser investigador?

Le diría que, aunque hay momentos en los que las cosas no salen como uno espera, hay que tener paciencia, ya que puede ser divertido y enriquecedor cuando todo sale bien; en ese caso se disfruta plenamente. Otro aspecto a tener en cuenta es que es imprescindible separar la vida personal, de la profesional, en especial en esos momentos en los que nada encaja. Al no tener horarios fijos, puede interferir en tu tiempo de ocio, pero nunca puede absorberlo.

Referencia bibliográfica:

J. M. Miranda-Muñoz, S. Carretero-Palacios, A. Jiménez-Solano, Y. Li, G. Lozano, H. Míguez. Efficient bifacial dye-sensitized solar cells through disorder by design. Journal of Materials Chemistry A 2016, Vol. 10, 1953-1961. DOI: 10.1039/c5ta10091g

 

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