Cuando se trata de instalar células solares, el costo de la mano de obra y el costo de la tierra para albergarlos constituyen la mayor parte del gasto. Las células solares, a menudo hechas de teluro de silicio o cadmio, rara vez cuestan más del 20 por ciento delcosto total. La energía solar podría hacerse más barata si se tuviera que comprar menos tierra para acomodar los paneles solares, lo que se lograría mejor si cada célula solar pudiera ser inducida a generar más energía.
Un equipo de químicos de la Universidad de California, Riverside, ha logrado una gran ganancia en esta dirección y ha encontrado una manera ingeniosa de hacer que la conversión de energía solar sea más eficiente. Los investigadores informan Nano letras que al combinar nanocristales semiconductores inorgánicos con moléculas orgánicas, han logrado "convertir" los fotones en las regiones visibles e infrarrojas cercanas del espectro solar.
"La región infrarroja del espectro solar pasa a través de los materiales fotovoltaicos que componen las células solares actuales", explicó Christopher Bardeen, profesor de química. La investigación fue un esfuerzo de colaboración entre él y Ming Lee Tang, profesor asistente dequímica ". Esta es la energía perdida, no importa cuán buena sea su célula solar. El material híbrido que hemos creado primero captura dos fotones infrarrojos que normalmente pasarían directamente a través de una célula solar sin convertirse en electricidad, luego agrega sus energías juntas parahacer un fotón de mayor energía. Este fotón convertido hacia arriba es fácilmente absorbido por las células fotovoltaicas, generando electricidad a partir de la luz que normalmente se desperdiciaría ".
Bardeen agregó que estos materiales están esencialmente "remodelando el espectro solar" para que coincida mejor con los materiales fotovoltaicos utilizados hoy en las células solares. La capacidad de utilizar la porción infrarroja del espectro solar podría aumentar la eficiencia fotovoltaica solar en un 30 por ciento o más.
En sus experimentos, Bardeen y Tang trabajaron con selenuro de cadmio y nanocristales semiconductores de seleniuro de plomo. Los compuestos orgánicos que usaron para preparar los híbridos fueron difenilantraceno y rubreno. Los nanocristales de seleniuro de cadmio podían convertir longitudes de onda visibles en fotones ultravioleta, mientras que los nanocristales de seleniuro de plomopodría convertir fotones de infrarrojo cercano a fotones visibles.
En experimentos de laboratorio, los investigadores dirigieron la luz infrarroja de 980 nanómetros al material híbrido, que luego generó una luz fluorescente de 550 nanómetros naranja / amarilla convertida, casi duplicando la energía de los fotones entrantes. Los investigadores pudieron impulsar el proceso de conversión ascendentehasta tres órdenes de magnitud recubriendo los nanocristales de seleniuro de cadmio con ligandos orgánicos, proporcionando una ruta hacia mayores eficiencias.
"Esta luz de 550 nanómetros puede ser absorbida por cualquier material de células solares", dijo Bardeen. "La clave de esta investigación es el material compuesto híbrido, que combina nanopartículas de semiconductores inorgánicos con compuestos orgánicos. Los compuestos orgánicos no pueden absorber en el infrarrojopero son buenos para combinar dos fotones de baja energía con un fotón de mayor energía. Al usar un material híbrido, el componente inorgánico absorbe dos fotones y pasa su energía al componente orgánico para su combinación. Los compuestos orgánicos producen un fotón de alta energía.En pocas palabras, los inorgánicos en el material compuesto absorben luz; los orgánicos obtienen luz ".
Además de la energía solar, la capacidad de convertir dos fotones de baja energía en un fotón de alta energía tiene aplicaciones potenciales en imágenes biológicas, almacenamiento de datos y diodos orgánicos emisores de luz. Bardeen enfatizó que la investigación podría tener amplias implicaciones.
"La capacidad de mover la energía de la luz de una longitud de onda a otra, región más útil, por ejemplo, de rojo a azul, puede afectar cualquier tecnología que involucre fotones como entradas o salidas", dijo.
La investigación fue apoyada por subvenciones de la National Science Foundation y el Ejército de EE. UU.
La investigación fue realizada también por los siguientes coautores del trabajo de investigación: Zhiyuan Huang primer autor, Xin Li, Melika Mahboub, Kerry M. Hanson, Valerie M. Nichols y Hoang Le.
El grupo de Tang ayudó a diseñar los experimentos y proporcionó los nanocristales.
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Materiales proporcionados por Universidad de California - Riverside . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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