Un grupo de investigadores está aplicando el diseño a materiales semiconductores para crear células solares con las que esperan ahorrar en costes sin dejar de ofrecer alta eficiencia de conversión de energía. Las pruebas iniciales con silicio indican que este tipo de patrón puede permitir una absorbencia cinco veces mayor.
Las células solares convencionales normalmente tienen un espesor de un centenar de micrómetros o más. Los investigadores están trabajando en método para hacer que las células solares sean más delgadas, del orden de los cientos de nanómetros de espesor en lugar de micrómetros, con el mismo rendimiento, para reducir los costes de fabricación. Sin embargo, una célula solar más delgada normalmente absorbe menos luz, lo que significa que no puede generar tanta electricidad.
Algunos investigadores están recurriendo a los exóticos efectos ópticos que surgen a escala nanométrica para resolver este enigma. Harry Atwater, profesor de física aplicada y ciencias de los materiales en Caltech (EE.UU.) y pionero en el campo, ha creado una forma de modelar los materiales al tipo de nanoescala que hace que absorban la energía solar en enormes cantidades.
Atwater ha trabajado con Koray Aydin, actualmente profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en la Universidad Northweste , en el desarrollo del diseño súper absorbente, que aprovecha un fenómeno llamado resonancia óptica. Así como una antena de radio resuena con ciertas ondas de radio y las absorbe, las antenas ópticas nanoestructuradas pueden resonar y absorber la luz visible e infrarroja. La longitud de la estructura determina la longitud de onda de luz con la que resonar. Por tanto, Atwater y Aydin diseñaron estructuras con muchas longitudes diferentes: les dieron forma de cuña puntiaguda y base ancha. Las cuñas delgadas y a nanoescala absorben con fuerza la luz azul en la punta y la luz roja en la base.
Atwater y Aydin demostraron este efecto de banda ancha en una película de 260 nanómetros de espesor realizada con una capa de plata cubierta con una delgada capa de dióxido de silicio y acabada con otra fina capa de plata labrada con matrices de cuñas de 40 nanómetros en sus extremidades. Atwater explica que eligieron estos materiales ya que son particularmente difíciles: en su estado sin patrón, los dos son muy reflectantes, pero las películas con patrones son capaces de absorber un promedio del 70 por ciento de la luz a través de todo el espectro visible. Este trabajo se describe en la revista Nature Communications.
Kylie Catchpole, investigadora de la Universidad Nacional Australiana en Canberra, asegura que el diseño es prometedor, ya que funciona a través de una amplia banda del espectro. Estos efectos, indica Catchpole, "suelen ser muy sensibles a la longitud de onda". Sin embargo, señala, los diseños tendrán que aplicarse a otros materiales para que funcionen en las células solares.
Aydin y Atwater están haciendo precisamente eso. Los investigadores han creado una película de silicio de 220 nanómetros de espesor que absorbe la misma cantidad de luz que una película sin patrón 25 veces más gruesa.