Células solares que ven rojo

Investigadores de la Universidad de Stanford han demostrado un conjunto de materiales que podrían permitir que las células solares utilicen una banda del espectro solar que, de lo contrario, se desperdiciaría. Los materiales en capas en la parte posterior de las células solares convertirían la luz roja y del infrarrojo cercano, inutilizable por las células solares actuales, en luz de longitud de onda más corta que las células pueden convertir en energía. Los investigadores universitarios colaborarán con la Centro de Investigación y Tecnología de Bosch en Palo Alto, California, para demostrar un sistema de células solares en funcionamiento en los próximos cuatro años.

Interruptor de luz: En un proceso que podría hacer que las células solares sean más eficientes, la luz láser verde se convierte en luz azul mediante una solución de tintes y nanopartículas metálicas.

Incluso las mejores células solares de silicio de hoy en día no pueden utilizar alrededor del 30 por ciento de la luz del sol: eso se debe a que los materiales activos de las células solares no pueden interactuar con los fotones cuya energía es demasiado baja. Pero aunque cada uno de estos fotones individuales es de baja energía, en su conjunto representan una gran cantidad de energía solar sin explotar que podría hacer que las células solares sean más competitivas en cuanto a costos.



El proceso, llamado conversión ascendente, se basa en pares de tintes que absorben fotones de una longitud de onda determinada y los vuelven a emitir como menos fotones de longitud de onda más corta. En este caso, los investigadores de Bosch y Stanford trabajarán en sistemas que conviertan las longitudes de onda del infrarrojo cercano (la mayoría de las cuales son inutilizables por las células solares actuales). La líder del grupo de Stanford, la profesora asistente Jennifer Dionne, cree que el grupo puede mejorar la eficiencia de conversión de luz solar en electricidad de las células solares de silicio amorfo del 11 al 15 por ciento.

El concepto de conversión ascendente no es nuevo, pero nunca se ha demostrado en una celda solar en funcionamiento, dice Inna Kozinsky, ingeniera senior de Bosch. La conversión ascendente generalmente requiere dos tipos de moléculas para absorber fotones de longitud de onda relativamente alta, combinar su energía y reemitirla como fotones de longitud de onda más baja y energía más alta. Sin embargo, las posibilidades de que las moléculas se encuentren entre sí en el momento adecuado cuando están en los estados energéticos adecuados son bajas. Dionne está desarrollando nanopartículas para agregar a estos sistemas con el fin de aumentar esas posibilidades. Para hacer mejores sistemas de conversión ascendente, Dionne está diseñando nanopartículas de metal que actúan como pequeñas antenas ópticas, dirigiendo la luz en estos sistemas de tinte de tal manera que los tintes estén expuestos a más luz en el momento adecuado, lo que crea más luz convertida ascendente y luego dirigiendo más de esa luz convertida hacia arriba fuera del sistema al final.

La última visión, dice Dionne, es crear un sólido. Se podrían colocar láminas de dicho material en el fondo de la celda, separadas de la celda misma por una capa eléctricamente aislante. Los fotones de longitud de onda baja que pasan a través de la capa activa serían absorbidos por la capa de convertidor ascendente y luego volverían a emitirse a la capa activa como luz utilizable de longitud de onda más alta.

Kozinsky dice que el objetivo de Bosch es demostrar la conversión ascendente de luz roja en células solares en funcionamiento en tres años y la conversión ascendente de luz infrarroja en cuatro años. Teniendo en cuenta el tiempo necesario para escalar a la fabricación, dice, la tecnología podría estar en las células solares comerciales de Bosch en siete a 10 años.

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