Celdas solares de nanotubos de carbono dan un nuevo salto de eficiencia

Últimamente, ha sido un tiempo difícil para los nanotubos de carbono (CNT, por sus siglas en inglés). Unos años atrás el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) reportó que los CNT tienen un gran problema de fiabilidad cuando se aplican en la electrónica. El pronóstico no ha sido mejor en la energía solar. A pesar de los esfuerzos de algunos equipos de investigadores para usar los CNT en lugar del silicio como el elemento básico para convertir la luz en energía en una celda solar, sencillamente, estos no han demostrado ser eficientes en la conversión de energía.

Ahora, investigadores de la Universidad de Northwestern pueden haber cambiado la suerte de los CNT, por lo menos para las aplicaciones en fotovoltaicos, al demostrar que pueden hacer celdas solares basadas en CNT el doble de eficientes para convertir energía que sus predecesores.

“Durante una década, el campo había estado alrededor de una eficiencia del 1 por ciento; realmente se había estancado, pero hemos sido capaces de aumentarla por encima del 3 por ciento. Esto es un salto significativo”, dijo Mark Hersam, profesor de la Universidad de Northwester, en un comunicado de prensa.

En una investigación publicada en la revista Nano Letters, el equipo pudo centrarse en la quiralidad de los CNT, la cual involucra tanto el diámetro del CNT como su torsión. Aunque es posible tener varios cientos de quiralidades, en trabajos anteriores con CNT en fotovoltaicos, los investigadores tan solo escogieron la quiralidad que tenía las mejores propiedades semiconductoras y trabajaron con esa para toda la celda solar.

“El problema es que cada quiralidad del nanotubo solamente absorbe un rango estrecho de longitudes de onda”, dijo Hersam. “Si se hace una celda solar a partir de un nanotubo con una sola quiralidad, básicamente, se desperdicia la mayoría de la luz solar”.

Hersam y su equipo usaron una mezcla de CNT con varias quiralidades para maximizar la cantidad de fotocorriente producida absorbiendo un rango más amplio de longitudes de onda del espectro solar. El resultado fue que las celdas solares a base de CNT tuvieron la capacidad de absorber longitudes de onda del infrarrojo cercano, que antes habían sido inaccesibles para muchas tecnologías de capa delgada.

Por supuesto, una eficiencia del tres por ciento para convertir energía no está por ningún lado cerca al silicio, que está entre el 15 y el 20 por ciento de eficiencia. Sin embargo, si esta investigación se combina con un trabajo realizado el año pasado en Finlandia, el cual desarrolló un proceso que proporcionó un control superior sobre la determinación de la quiralidad de los CNT, quizás los números puedan seguir aumentando a medida que la investigación progresa.

“Si usted mira nuestro rendimiento, ciertamente allí hay un gran salto. Sin embargo, queda mucho trabajo por hacer. Todavía tenemos que hacer avanzar esta tecnología en un factor de tres a cinco”, dijo Hersam.

El equipo de Northwestern estará en la búsqueda de crear celdas solares con CNT poliquiral que tengan múltiples, cada una siendo optimizado para un espectro solar en particular.

De manera ambiciosa Hersam señaló: “Lo que quisiéramos hacer es absorber cada fotón del sol y convertirlo en electricidad. En otras palabras, nos gustaría tener una celda solar que tenga un espectro de absorción que se ajuste perfectamente con la luz solar. Estamos en un camino hacia esa meta”.

Ilustración vía Science Photo Library/Corbis.

Silvio Sánchez

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