Los materiales, colocados en capas sobre la parte posterior de las células solares, convertirían la luz roja y del infrarrojo cercano -que actualmente no puede ser usada por las células solares- en luz de menor longitud de onda que las células sí pueden convertir en energía. Los investigadores de la universidad colaborarán con el Centro de Investigación y Tecnología Bosch en Palo Alto, Califo ia, para demostrar un sistema de células solares funcionales en los próximos cuatro años.
Incluso las mejores células solares de silicio de hoy día no son capaces de usar un 30 por ciento de la luz del sol: esto se debe a que los materiales activos en ellas no pueden interactuar con aquellos fotones cuya energía es demasiado baja. Sin embargo, 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 fueran más competitivas.
El proceso, llamado "conversión ascendente", se basa en pares de tintes que absorben los fotones de una determinada longitud de onda y los reemiten como fotones de menor longitud de onda y en una cantidad menor. En este caso, los investigadores de Stanford y Bosch trabajarán en sistemas para la conversión de longitudes de onda del infrarrojo cercano (la mayoría de las cuales no se pueden utilizar con las células solares actuales). La líder del grupo de Stanford, la profesora Jennifer Dionne, cree que el grupo puede mejorar la eficiencia de conversión de la luz solar en electricidad de las células solares de silicio amorfo desde un 11 a un 15 por ciento.
El concepto de conversión ascendente no es nuevo, aunque nunca se ha demostrado en una célula solar funcional, afirma Inna Kozinsky, ingeniero senior en Bosch. La conversión ascendente normalmente requiere que dos tipos de moléculas absorban fotones de una longitud de onda relativamente alta, que combinen su energía y la reemitan como fotones de mayor energía y menor longitud de onda. Sin embargo, las probabilidades de que las moléculas se encuentren entre sí en el momento adecuado y en los estados energéticos adecuados son bajas. Dionne está desarrollando nanopartículas que se añadirían a estos sistemas con el fin de aumentar las probabilidades. Para poder crear mejores sistemas de conversión ascendente, Dionne está diseñando nanopartículas metálicas que actúan como pequeñas antenas ópticas, dirigiendo la luz dentro de estos sistemas de tinte de tal manera que los tintes estén más expuestos a la luz en el momento adecuado, lo que crea una mayor cantidad de luz convertida, y finalmente dirigiendo más de esa luz convertida fuera del sistema.
El objetivo definitivo, afirma Dionne, es la creación de un sólido. Las láminas de un material como ese podrían ser colocadas en la parte inferior de la célula, separadas de la propia célula por una capa de aislamiento eléctrico. Los fotones de baja longitud de onda que pasaran a través de la capa activa serían absorbidos por la capa de conversión ascendente, y a continuación serían reemitidos a la capa activa en forma de luz útil de mayor longitud de onda.
Kozinsky, desde Bosch, afirma que el objetivo es demostrar la conversión ascendente de la luz roja en células solares funcionales en tres años, y la conversión ascendente de la luz infrarroja en cuatro años. Teniendo en cuenta el tiempo necesario para ampliar el sistema hasta el nivel de manufactura, afirma, la tecnología podría colocarse en las células solares comerciales de Bosch de aquí a siete o 10 años.