20 de julio de 2024

El revolucionario material ultrafino que permitirá duplicar la eficiencia de las placas solares.

Científicos proponen fabricar células fotovoltaicas utilizando un elemento natural muy abundante llamado molibdeno, en lugar de usar silicio.

En los últimos años, la instalación de paneles solares en hogares en España se ha vuelto cada vez más popular, ya que se han convertido en una opción atractiva para reducir la factura de la luz. Una tecnología que está en continua evolución, pudiendo utilizarla tanto en las tejas de un tejado como en los balcones de la casa. La última gran innovación en el sector viene de la mano de un revolucionario material capaz de duplicar la eficiencia de las placas fotovoltaicas.

En la actualidad los paneles solares oscuros y azules que se pueden ver en los tejados de las casas y en las plantas de energía solar generalmente están hechos de silicio, un material semiconductor común. Sin embargo, esta tecnología tiene sus limitaciones, ya que pierde hasta el 40% de la energía que recolecta de la luz solar en forma de desperdicio de calor. Con el objetivo de encontrar nuevas formas radicales de mejorar su eficiencia y brindar más opciones a los consumidores y a la industria, unos investigadores han dado con un nuevo material con gran potencial.

Concretamente, expertos en química de la Universidad Estatal de Colorado, en Estados Unidos, proponen fabricar células solares utilizando un material muy abundante denominado disulfuro de molibdeno, en lugar del tradicional silicio. Durante su investigación, en la que han usado una combinación de técnicas fotoelectroquímicas y espectroscópicas, llevaron a cabo una serie de experimentos que muestran que las películas extremadamente delgadas de este elemento poseen propiedades sin precedentes.

Un material muy eficiente

La molibdenita es un mineral compuesto de disulfuro de molibdeno, un metal de color plateado y muy resistente a la corrosión. Este elemento tiene una apariencia de color entre el gris oscuro y el negro y se encuentra en diferentes tipos de roca. Tiene un tacto y aspecto similar al grafito. Además, se utiliza en la producción de aleaciones de acero de alta resistencia y en la creación de circuitos electrónicos.

Este material también posee propiedades lubricantes y se emplea en aditivos para aceites de motor. En el caso de esta investigación, que se ha publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences, los experimentos fueron liderados por la estudiante de doctorado Rachelle Austin y el investigador posdoctoral Yusef Farah. Ambos contaron con la colaboración de los laboratorios de Justin Sambur y Amber Krummel, profesores asociados del Departamento de Química de la universidad. 

La experiencia de Sambur en la conversión de energía solar utilizando materiales a escala nanométrica y la de Krummel en la espectroscopia láser ultrarrápida, se combinaron para comprender cómo se estructuran y comportan los diferentes materiales. El primero de ellos se interesó en el sulfuro de molibdeno como posible material solar alternativo, basándose en datos preliminares sobre sus capacidades de absorción de luz, pese a que sólo tiene tres átomos de espesor.

Este hecho lo convierte en un material alternativo muy interesante para la energía solar. Para la investigación, el equipo de científicos utilizó un espectrómetro de absorción transitoria de bombeo y una sonda ultrarrápida de última generación, que posee la capacidad de medir con precisión los estados energéticos secuenciales de los electrones individuales cuando se excitan con un pulso láser. 

Los experimentos que utilizan este instrumento pueden proporcionar instantáneas sobre cómo fluyen las cargas de electrones en un sistema. En este caso, Rachelle Austin creó una celda fotoelectroquímica usando una sola capa atómica de sulfuro de molibdeno. Después, con la ayuda de Yusef Farah, utilizó el láser de bombeo y  la sonda para rastrear el enfriamiento de los electrones a medida que se movían a través del material.

Como resultado, encontraron una conversión de luz a energía asombrosamente eficiente. Gracias a los experimentos descubrieron que la estructura cristalina del material permitía extraer y explotar la energía de los llamados portadores de carga calientes: electrones altamente energéticos que se excitaban brevemente de sus estados base cuando eran golpeados con suficiente luz visible.

Austin y Farah describieron cómo en su célula fotoelectroquímica la energía de estos portadores de carga caliente se convertía inmediatamente en fotocorriente, en lugar de perderse en forma de calor. Un fenómeno de extracción que no está presente en las células solares de silicio tradicionales.

Nuevos enfoques

Esta nueva investigación ha dado como resultado un material capaz de duplicar la eficiencia de las placas solares y ofrece una nueva vía de investigación para explorar otros enfoques para las tecnologías de energía solar del futuro. “Este trabajo abre el camino para saber cómo diseñar reactores que contengan estos materiales a escala nanométrica para la producción eficiente y a gran escala de hidrógeno”, ha señalado Justin Sambur en un comunicado oficial de la Universidad Estatal de Colorado.

Por su parte, Amber Krummel ha asegurado que “el descubrimiento requirió un enfoque de ‘ciencia en equipo’ que reunió muchos tipos diferentes de experiencia, en química computacional, analítica y física”. Para completarse con éxito, el proyecto ha necesitado el apoyo del Departamento de Energía de Estados Unidos y la Oficina de Ciencias Básicas de la Energía, lo que da muestras de su enorme potencial.

El proyecto también contó con la colaboración del profesor Andrés Montoya-Castillo y el doctor Thomas Sayer de la Universidad de Colorado en Boulder (Estados Unidos), quienes contribuyeron a la investigación con química teórica y modelado computacional, con el objetivo de ayudar a explicar y verificar los datos obtenidos en los experimentos.

Fuente: https://www.elespanol.com/omicrono/tecnologia/20230508/revolucionario-material-ultrafino-permitira-duplicar-eficiencia-solares/760423988_0.html