Nanocables ¿El Futuro de la Tecnología Solar?

Nanocables, una tecnología para crear paneles solares más eficientes

Nanocables, una tecnología para crear paneles solares más eficientes: Uno de los principales retos de la energía solar es optimizar el rendimiento de los sistemas de captación para aumentar la absorción de energía con dispositivos cada vez más eficientes y sostenibles económicamente. Científicos del Centro de Nano-Ciencia en el Instituto Niels Bohr –Dinamarca– y la Escuela Politécnica Federal de Lausanne –Suiza–, han demostrado gracias al uso de la nanotecnología que las propiedades ópticas de los nanocables individuales pueden concentrar hasta 15 veces más la intensidad de la luz solar normal. Este hallazgo se basa en los excelentes resultados obtenidos por los investigadores, al demostrar la extraordinaria capacidad de absorción de la luz de las micro-células solares equivalente a una superficie similar a ocho veces su tamaño físico, abriendo una vía para el desarrollo de un nuevo tipo de células solares de alta eficiencia.

Ya hemos visto anteriormente las posibilidades tecnológicas de las nanoestructuras para aportar propiedades superhidrofóbicas a una superficie, obtener comunicación inalámbrica de alta calidad con nanoenlaces o microantenas para mejorar la capacidad computacional. En esta ocasión, los investigadores han descubierto la forma peculiar con la que las nanoestructuras interactúan con la luz cuando estas son más estrechas que las propias longitudes de onda de la radiación solar. Los resultados, publicados en  ’Nature Photonics‘, son fruto de un proyecto de investigación desarrollado durante varios años con el objetivo de mejorar la calidad y las propiedades de los cristales de nanocables, cuya estructura cilíndrica de un diámetro de aproximadamente 10.000 partes de un cabello humano, tienen un gran potencial en el desarrollo de células solares, de los futuros ordenadores cuánticos y  de otros dispositivos electrónicos.

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No obstante, el desarrollo de las células solares de nanocables es algo que se lleva estudiando desde hace años pero desde un enfoque diferente. En un principio, los investigadores planteaban que las matrices de nanocables serían perfectas para atrapar más luz, basándose en el rebote de los rayos solares de un nanocable a otro hasta ser absorbida por la densa malla. Pero con el tiempo descubrieron que estas matrices podrían reducir la cantidad de los costosos materiales semiconductores utilizados para la fabricación de las células solares, gracias al efecto de la concentración de la luz.

El efecto demostrado por el grupo de científicos es equivalente a usar una lente o un espejo para concentrar la luz. Según explica el investigador Peter Krogstrup, el diámetro micrométrico del cristal de nanocables, mucho más pequeño que la longitud de onda de luz del sol, produce una serie de resonancias en la intensidad de la luz en el nanocable individual y su alrededor, que colaboran a concentrar extraordinariamente la luz de forma intrínseca con una conversión mucho más eficiente de la energía solar. Por otro lado, la posibilidad de que los nanocables puedan absorber también 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.

Con respecto al límite de eficiencia típica de la célula solar, también llamado ‘Shockley-Queisser Limit’, es utilizado como punto de referencia entre los investigadores para evaluar la eficiencia energética de las células solares, y según parece, este límite puede superarse gracias a los avances de la nanotecnología aplicada a la captación solar. Krogstrup señala al respecto: “Es emocionante como investigador superar los límites teóricos que sabemos. Aunque este límite se ha superado por sólo un pequeño porcentaje, tendrá un impacto importante en el desarrollo de células solares de nanocables, la explotación de los rayos solares y tal vez la extracción de energía a nivel internacional”.

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Según explica Anna Fontcuberta i Morral, directora del proyecto de investigación y profesora de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, este fenómeno derivado del uso de la nanoescala sugieren la posibilidad de poder usar un menor número de nanocables sin dejar de reflejar la misma cantidad de luz que las células solares de nanocables antes descritas, reduciendo la cantidad de material necesario para su fabricación. Esta posibilidad abre nuevas vías en el desarrollo y mejora de estas células gracias al uso del arseniuro de galio, es decir, el mismo material que se utiliza en la fabricación de las células solares más eficientes del mercado.

Las investigaciones apuntan a que con el uso de este material para la fabricación de los nanocables, se utilizaría tan sólo una décima parte de la cantidad de material usado en las células de arseniuro de galio convencionales, y con una mejora considerable de su eficiencia. Esta propiedad podría traducirse en la fabricación de células solares con menos material que las convencionales, con una mayor capacidad para convertir la luz solar en electricidad, reduciendo así el coste de la energía fotovoltaica.

Según señalan algunas fuentes, el artículo no aborda cuestiones fundamentales relativas a la eficiencia de la fabricación de células solares de nanocables. La explicación reside en que la mejor eficiencia obtenida hasta ahora para una célula solar de nanocables está muy por debajo del 20% alcanzado con las células solares convencionales, es decir, en torno al 13,8 por ciento. En cambio, con las células solares de arseniuro de galio se ha logrado llegar a una eficiencia del 28,8 por ciento, batiendo el récord mundial alcanzado hasta ahora. La razón de este desfase encuentra su explicación en la gran cantidad de lugares a escala micrométrica de la superficie de matrices de nanocables donde los electrones podrían quedar atrapados, reduciendo por tanto la eficacia del dispositivo. Evidentemente, resolver estos problemas requerirá por un lado, mejorar los métodos de fabricación de nanocables, y por otro, optimizar el tratamiento químico de su superficie.

Imágenes | vía  treehugger

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