Las inusuales propiedades ópticas de los nanocables podrían dar lugar a paneles solares más baratos y eficientes, según sugiere una reciente investigación.
Varios investigadores de Dinamarca y Suiza han construido células solares de nanocables individuales, y han mostrado que estos absorben más luz de lo esperado en base a su tamaño. Las células solares se comportaron como si estuvieran recogiendo luz de un área ocho veces más grande que su tamaño físico, y así lo describen los investigadores en la edición actual de Nature Photonics. Esta propiedad podría conducir a células solares que utilicen menos material que las convencionales, y sin embargo conviertan una mayor cantidad de energía de la luz solar en electricidad, reduciendo el coste de la energía fotovoltaica.
El hecho de que los nanocables puedan absorber luz de su alrededor "abre la posibilidad a que la energía solar a gran escala utilice solo una fracción de materiales", señala Magnus Borgstrom, profesor de física de estado sólido en la Universidad de Lund en Suecia, que no participó en el trabajo.
El efecto demostrado en el artículo es equivalente a usar una lente o un espejo para concentrar la luz, un enfoque que se ha utilizado para reducir el tamaño y el coste de las células solares, así como para mejorar su eficiencia. El nuevo estudio sugiere que los nanocables pueden proporcionar los mismos beneficios sin necesidad de usar espejos o lentes, reduciendo así los costes. "Hemos demostrado que los nanocables incorporan ese tipo de concentración de forma intrínseca", señala Anna Fontcuberta i Morral, profesora de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, y que además dirigió el estudio.
Los investigadores saben desde hace tiempo que las nanoestructuras pueden interactuar con la luz de forma inusual si son más estrechas que las longitudes de onda de la propia luz. El efecto de concentración ya ha sido sugerido con anterioridad. Por ejemplo, un artículo publicado en la revista Science a principios de este mes atribuye a dicho efecto unas eficiencias récord registradas en una célula solar basada en nanocables. Sin embargo, el nuevo artículo proporciona una forma de cuantificar el efecto de la concentración mediante la medición del rendimiento de una única célula solar de nanocables.
Las células solares de nanocables han estado en desarrollo desde hace años, pero no por su capacidad para concentrar la luz. Inicialmente, los investigadores propusieron que las matrices de nanocables serían buenas para atrapar más luz, puesto que a medida que esta penetra en la matriz rebota de un nanocable a otro hasta ser absorbida, como luz al entrar en un bosque denso. Tales matrices podrían utilizar menos cantidad de los costosos materiales semiconductores utilizados en las células solares.
Los nuevos hallazgos sugieren que podría ser posible usar un menor número de nanocables sin dejar de reflejar la misma cantidad de luz que reflejaban las células solares de nanocables anteriormente propuestas, reduciendo aún más la cantidad de material necesario, indica Morral. Ella utilizó arseniuro de galio para los nanocables, el material utilizado en las células solares más eficientes del mundo. Afirma que las células solares hechas de matrices de nanocables de arseniuro de galio podrían utilizar una décima parte de la cantidad de material usado en las células de arseniuro de galio existentes. Y, al menos en teoría, podrían ser más eficientes.
No obstante, el artículo no aborda algunas cuestiones fundamentales relativas a la fabricación de células solares de nanocables que sean eficientes. Por ejemplo, la gran superficie de matrices de nanocables proporciona una gran cantidad de lugares donde los electrones podrían acabar atrapados, lo que reduce la eficacia práctica de tales dispositivos. La mejor eficiencia para una célula solar de nanocables hasta ahora es solo del 13,8 por ciento, mucho más baja que el 20 por ciento alcanzado con las células solares convencionales y el 28,8 por ciento logrado por las células de arseniuro de galio, que tienen el récord mundial. Abordar estos problemas requerirá mejorar los métodos de formación de nanocables y el tratamiento químico de su superficie.