RESUMEN

La contaminación ambiental es un problema latente en diversos países a consecuencia de las diversas actividades económicas que generan efectos colaterales a la naturaleza y al mismo ser humano. Entonces, ¿qué podríamos hacer para mermar este problema y a la vez permitir desarrollo en la sociedad? Alternativas han sido implementadas para contrarrestar la contaminación al medio ambiente, no obstante, parte del problema está en la generación de tecnología necesaria para el avance en diversos ámbitos, dispositivos y herramientas que son tóxicos y altamente contaminantes. Científicos han apostado por investigaciones que permitan retroceder en este dilema, explorar nuevos materiales que sean novedosos, eficientes, abundantes en la naturaleza y, sobre todo, no tóxicos al medio ambiente: semiconductores transparentes, materiales capaces de dar alta funcionalidad a la nueva tecnología. Los semiconductores transparentes no solo apuestan a dispositivos modernos, también imponen nuevas ideas para la generación de energía limpia y sostenible, disponible para todo el mundo, por lo que estos materiales marcan un camino vanguardista con la mirada puesta hacia el futuro.

PALABRAS CLAVE: semiconductor, óxidos conductores transparentes, celdas solares, dispositivos electrónicos

El aumento de la contaminación ambiental debido a diversas actividades económicas es un problema que consume al mundo año con año, debido a esta situación, en diversos países se impulsa el desarrollo de tecnologías limpias que originen el menor daño posible al medio ambiente. En este sentido, diseñar materiales que generen energía limpia y aparatos de uso común menos contaminantes en las actividades humanas, es un paso importante para disminuir la contaminación y los riesgos que estos conlleva. Entonces, ¿cuál es el siguiente paso que debe darse para realizar cambios significativos que contrarresten el impacto al medio ambiente y a la vez permita el desarrollo en la sociedad?

El uso de materiales para elaborar dispositivos electrónicos y fotovoltaicos  tiene una parte importante en el avance de la tecnología, pues la mayoría de estos materiales son tóxicos tanto en su fabricación como en el posterior uso de cualquier dispositivo. Actualmente, se está innovando en materiales que permitan abordar esta problemática desde distintos puntos, uno de ellos es la elección de materiales que sean verdaderamente funcionales y a la vez no dañen al medio ambiente. Afortunadamente, estos semiconductores pueden ser implementados en la mayoría de los dispositivos electrónicos de la vida cotidiana como en pantallas táctiles y flexibles de computadoras, teléfonos inteligentes y tabletas electrónicas, pantallas LCD, en sensores de gases tóxicos y en la innovación de paneles solares.

La mirada está puesta en semiconductores de alta tecnología.

Los llamados Óxidos Conductores Transparentes, por sus iniciales en inglés TCO (Transparent Conductor Óxide), se consideran semiconductores para aplicaciones avanzadas al ser compatibles con tecnología de capa delgada. Son seleccionados al presentar:

• Gran conductividad eléctrica similar a materiales conductivos como la plata o el cobre.

• Buenas propiedades ópticas como alta transparencia en luz visible lo que permite una infinidad de usos en dispositivos como pantallas o ventanas inteligentes.

• Relativo bajo costo a comparación de semiconductores utilizados por excelencia como el Silicio que, al no requerir ser materiales de alta pureza, su obtención no utiliza métodos sofisticados que resultan ser costosos.

• No son tóxicos, pues a lo que la mayoría podría pensar, son materiales que se encuentran en productos que se usan en la vida diaria como productos de cuidado personal, farmacia, pigmentos, maquillaje, entre otros.

• Son abundantes como materia prima en la naturaleza lo que posibilita satisfacer la demanda de uso.

Todos estos rubros apuntan a ser considerados semiconductores de gran visión en un proyecto sustentable y sostenible del desarrollo de dispositivos de alta funcionalidad (Wen, et al., 2024; Kumar & Seo, 2024).

¿Qué son los óxidos conductores transparentes?

Los TCO son semiconductores binarios compuestos de un metal, como el zinc o estaño, y el oxígeno. Son reconocidos por sus principales características como conductividad, debido a la cantidad de vacancias   de oxígeno en su estructura, y transparencia, proporcionada por su amplia banda prohibida superior a la de semiconductores promedio pues no absorben gran cantidad de luz visible, lo que los hace semiconductores de nueva generación que poseen propiedades optoelectrónicas excepcionales. No obstante, otro tipo de situaciones en el material juegan un rol crucial pues permite mejorar o perjudicar sus propiedades, como los defectos en el material, impurezas o la modificación de estos óxidos metálicos (Stadler, 2010).

Los semiconductores TCO más utilizados son oxido de zinc ZnO, dióxido de titanio TiO2, óxido de indio dopado con estaño ITO, óxido de zinc dopado con aluminio AZO, óxido de estaño dopado con flúor FTO, entre otros. Aunque pareciera que son sustancias desconocidas para nosotros, son parte de nuestra vida cotidiana, como es el caso del dióxido de titanio presente en alimentos como conservador para mantenerlos frescos, con sabor y textura como por ejemplo en dulces o sustituto para café; cosméticos como colorante en sombras para los ojos o rubor; protectores solares bloquea el paso de los rayos ultravioleta, rayos dañinos para el ser humano pues la exposición a largo plazo a estos sin protección adecuada podría generar manchas o cáncer en la piel (Berardinelli & Parisi, 2021; Ropers, et al., 2017; Pei, et al., 2015).

Una gran innovación en las energías limpias

Estos semiconductores enfocados en la generación de energía limpia, prometen grandes eficiencias en celdas solares de capa delgada debido a su transparencia, conductividad y gran cantidad de portadores de corriente, electrones o huecos , que conducen la carga generada en la unión de materiales y de la incidencia de luz visible. Dichas características los hacen idóneos para ser usados en la introducción de nuevos diseños de inmuebles y esto es porque no serán instalados en los techos de edificios o casas como hasta ahora se hace, sino que, podrían ser ubicados en ventanas, así que tendrán doble función, ser panel solar y ventana, formando parte de la arquitectura de edificaciones (All-Ezzi & Ansari, 2022).

Los retos de los nuevos paneles solares

Fabricar y diseñar celdas solares siempre tiene sus retos y limitaciones, si bien es cierto que tienen muchas propiedades que dan ventaja a las funcionalidades de las celdas solares, las limitaciones y dificultades para su construcción están presentes en cada tipo de material a usar y la forma en cómo se construye cada dispositivo. En principio, los costos entre estos materiales prometen ser bajos, sin embargo, pueden aumentar debido a diversos factores como el método de fabricación para garantizar obtener materiales eficientes, contaminación no deseada debido al método de elaboración, los estudios que verifican que tengan lo necesario para ser buenos materiales semiconductores, entre otras situaciones más.

¿Por qué apostarles a las nuevas tecnologías en la generación de energías limpias?

Cuando se trata de generar electricidad para diversas actividades económicas, también va implícito el daño al medio ambiente. Dependiendo de diversos factores como la taza de población o las actividades económicas que existen en cada región como la agricultura, industria, comercio, residencial, transporte, entre otros, tenderán a incrementar la emisión de gases tóxicos, como el dióxido de carbono. La generación de electricidad provoca una emisión de gases dañinos del 20.41% en comparación a otras actividades que también generan daño al medio ambiente (SIELAC, 2010).

El uso del petróleo como principal fuente de energía tiene como limitante ser un recurso no renovable, además de la dificultad de extraerlo y el tiempo que tarda en generarse son procesos lentos. No obstante, el sol es la fuente de energía ideal: es inagotable, sostenible y accesible para la mayor parte del mundo. En este contexto, es necesario desarrollar celdas solares de alta eficiencia de conversión para aprovechar la energía solar, esto permitirá desarrollar una tecnología amigable con nuestro planeta y proyectar innovadores avances para nuestro futuro.

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