La investigación sugiere el potencial fotovoltaico del grafeno

Los investigadores han demostrado que el grafeno es altamente eficiente para generar electrones al absorber luz, lo que sugiere que el material podría usarse para fabricar sensores de luz y quizás incluso células solares más eficientes.

Los materiales convencionales que convierten la luz en electricidad, como el silicio y el arseniuro de galio, generan un solo electrón por cada fotón absorbido. Dado que un fotón contiene más energía de la que puede transportar un electrón, gran parte de la energía contenida en la luz entrante se pierde en forma de calor. Ahora, una nueva investigación revela que cuando el grafeno absorbe un fotón genera múltiples electrones capaces de conducir una corriente. Esto significa que si los dispositivos de grafeno para convertir la luz en electricidad funcionan, podrían ser más eficientes que los dispositivos que se usan comúnmente en la actualidad.

El trabajo teórico anterior había inspirado la esperanza de que el grafeno tuviera esta propiedad, dice Frank Koppens , líder de grupo en el Instituto de Ciencias Fotónicas en España, quien dirigió la investigación. Dice que el nuevo resultado, descrito esta semana en Física de la naturaleza , representa la primera prueba experimental.

Para realizar el experimento, los investigadores utilizaron dos pulsos de luz ultrarrápidos. El primero envió una cantidad prescrita de energía a una sola capa de grafeno. El segundo servía como sonda que contaba los electrones que generaba el primero.

Potencial fotovoltaico: Se ha demostrado que el grafeno, cuya estructura atómica se ve en esta ilustración conceptual, tiene propiedades ópticas prometedoras.

Koppens dice que el fenómeno descrito en el nuevo artículo probablemente tendrá el impacto más inmediato en el campo de la detección de imágenes; su laboratorio está trabajando en un dispositivo prototipo. Está razonablemente seguro de que el grupo puede mejorar el rendimiento de sensores de luz como los que se utilizan en cámaras, gafas de visión nocturna y ciertos sensores médicos.

Entre los colaboradores de Koppens se encontraba el profesor de física del MIT Leonid Levitov y Justin Chien Wen Song, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Levitov, quien ayudó a Koppens a interpretar los datos a través de modelos teóricos.

Aunque el trabajo solo insinúa posibles aplicaciones solares, muestra que el grafeno podría considerarse un candidato para su uso en las llamadas células solares de tercera generación. El término se refiere a tecnologías aún por desarrollar que superarían los límites físicos de las células solares convencionales y alcanzarían eficiencias mucho más altas. Las células de silicio actuales tienen un límite de eficiencia teórico de alrededor del 30 por ciento. Las células solares hechas de grafeno podrían tener un límite teórico de más del 60 por ciento.

Koppens dice que muchos desafíos de ingeniería se interponen en el camino, sin embargo, uno de los más importantes es descubrir cómo extraer energía del sistema.

El nuevo artículo ilustra un concepto muy importante, ya que los dispositivos futuros dependerán de la comprensión de los procesos físicos que ocurren cuando el grafeno absorbe la luz, dice Andrea Ferrari , profesor de nanotecnología en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido Ferrari, que no participó en esta investigación, dice que él y sus colegas tienen un artículo aún inédito que describe un resultado similar. Demostrar esta propiedad en el grafeno abre un nuevo campo de investigación prometedor, dice.

El grafeno ya era emocionante como material fotovoltaico debido a sus propiedades ópticas únicas, explica Ferrari. El material puede funcionar con todas las longitudes de onda posibles que puedas imaginar, dice. No hay otro material en el mundo con este comportamiento. También es flexible, robusto, relativamente barato y se integra fácilmente con otros materiales. La nueva investigación agrega una tercera capa de interés al grafeno para la óptica, dice.

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