Paneles solares más adaptables y sin plomo

Lograr paneles solares capaces de adaptarse a diversas condiciones de iluminación y aprovechar muchas más bandas de luz que las placas solares tradicionales, es una vía para obtener un mejor rendimiento en los paneles solares. El uso de un diseño basado en lo que se conoce como puntos cuánticos puede permitirlo a un coste competitivo y ofreciendo además una notable robustez, pero hasta ahora esta tecnología ha arrastrado el inconveniente de basarse mucho en elementos químicos tóxicos.

Los puntos cuánticos son moléculas artificiales especiales de tamaños variables según la función, que contienen desde unos pocos átomos hasta cantidades elevadas de ellos, y que interactúan de maneras únicas con la luz y los campos magnéticos.

Unas nuevas células solares basadas en puntos cuánticos desarrolladas en el Laboratorio Nacional estadounidense de Los Álamos igualan la eficiencia de las células solares existentes basadas en puntos cuánticos, pero sin plomo u otros elementos tóxicos de los que dependen la mayoría de las células solares de este tipo. Así lo ha comprobado el equipo integrado, entre otros, por Victor Klimov y Jun Du, ambos del Laboratorio Nacional estadounidense de Los Álamos.

Los puntos cuánticos ya han encontrado muchos usos, y más están de camino. En particular, son emisores de luz muy eficientes. Se distinguen de otros tipos de materiales emisores de luz por el hecho de que su color no es fijo sino que puede ser fácilmente afinado ajustando el tamaño del punto cuántico. Esta propiedad ha sido utilizada en pantallas de televisores y de otros aparatos, y pronto ayudará a hacer bombillas más eficientes en las que el color sea ajustable.

Imagen, captada mediante microscopio electrónico, de electrodos con puntos cuánticos (izquierda) y las correspondientes distribuciones de cobre (Cu), indio (In), zinc (Zn) y selenio (Se) a través del espesor de la película. (Imágenes: Los Alamos National Laboratory)

La física de los cristales semiconductores de tamaño nanométrico preparados por síntesis coloidal ha fascinado a los científicos desde hace décadas. Debido a sus tamaños extremadamente pequeños (unos pocos nanómetros de diámetro) las propiedades de los nanocristales pueden ser manipuladas en el nivel más fundamental, el de la mecánica cuántica. De ahí que se les llame “puntos cuánticos”.

El tamaño ajustable de los puntos cuánticos es una propiedad que también los ayuda a capturar eficientemente la luz solar, lo cual es de gran utilidad en la conversión de la luz solar en electricidad. Las eficiencias de los modernos paneles solares basados en puntos cuánticos se acercan rápidamente a las de las placas solares basadas en una película delgada. Sin embargo, en la mayoría de los casos los paneles solares basados en puntos cuánticos contienen metales pesados altamente tóxicos como el plomo y el cadmio, lo que limita su utilidad práctica.

En las pruebas llevadas a cabo por el equipo de Klimov y Du, por cada 100 fotones absorbidos se detectaron 85 electrones fotogenerados, lo que implica que la eficiencia de conversión de fotones a electrones fue del 85 por ciento.

Las altas eficiencias de fotoconversión, combinadas con una notable tolerancia a los defectos y una composición libre de elementos tóxicos, hacen que estos puntos cuánticos sean materiales muy prometedores para la implementación de células solares baratas, fáciles de fabricar a escala industrial y potencialmente utilizables como producto “de usar y tirar”. (Fuente: NCYT Amazings)

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