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Nano células solares baratas
Investigadores de la Universidad de Notre Dame, en Indiana, han demostrado una forma de mejorar significativamente la eficiencia de las células solares fabricadas con materiales de bajo costo y fácilmente disponibles, incluido un químico que se usa comúnmente en las pinturas.
Ruta de escape: Los electrones creados en una célula solar basada en nanopartículas tienen que seguir un camino tortuoso (línea roja) para llegar a un electrodo. Muchos no lo logran, lo que reduce la eficiencia de estas células. Los investigadores de Notre Dame han utilizado nanotubos de carbono para ayudar a que los electrones lleguen al electrodo, mejorando la eficiencia.
Los investigadores agregaron nanotubos de carbono de pared simple a una película hecha de nanopartículas de dióxido de titanio, duplicando la eficiencia de convertir la luz ultravioleta en electrones en comparación con el rendimiento de las nanopartículas por sí solas. Las celdas solares podrían usarse para producir hidrógeno para celdas de combustible directamente del agua o para producir electricidad. El óxido de titanio es un ingrediente principal en la pintura blanca.
El enfoque, desarrollado por el profesor de química y bioquímica de Notre Dame Prashant Kamat y sus colegas, aborda una de las limitaciones más importantes de las células solares basadas en nanopartículas. (Ver Silicio y Sol.) Estas células son atractivas porque las nanopartículas tienen un gran potencial para absorber luz y generar electrones. Pero hasta ahora, la eficiencia de los dispositivos reales hechos de tales nanopartículas ha sido considerablemente menor que la de las células solares de silicio convencionales. Eso se debe en gran parte a que ha resultado difícil aprovechar los electrones que se generan para crear una corriente.
De hecho, sin los nanotubos de carbono, los electrones generados cuando la luz es absorbida por partículas de óxido de titanio tienen que saltar de una partícula a otra para alcanzar un electrodo. Muchos nunca logran generar una corriente eléctrica. Los nanotubos de carbono recogen los electrones y proporcionan una ruta más directa al electrodo, mejorando la eficiencia de las células solares.
Como escribieron en línea en la revista. Nano letras , los investigadores de Notre Dame forman una estera de nanotubos de carbono en un electrodo. Los nanotubos sirven como un andamio sobre el que se depositan las partículas de óxido de titanio. Este es un enfoque muy simple para poner orden en una estructura desordenada, dice Kamat.
El nuevo sistema de nanopartículas y nanotubos de carbono aún no es una célula solar práctica. Eso es porque el óxido de titanio solo absorbe la luz ultravioleta; la mayor parte del espectro de luz visible se refleja en lugar de absorberse. Pero los investigadores ya han demostrado formas de modificar las nanopartículas para absorber el espectro visible. En una estrategia, se aplica una capa de un tinte absorbente de luz de una molécula de espesor a las nanopartículas de dióxido de titanio. Otro enfoque, que ha sido demostrado experimentalmente por Kamat, es recubrir las nanopartículas con puntos cuánticos, diminutos cristales semiconductores. A diferencia de los materiales convencionales en los que un fotón genera solo un electrón, los puntos cuánticos tienen el potencial de convertir fotones de alta energía en múltiples electrones.
Varios otros grupos están explorando enfoques para mejorar la colección de electrones dentro de una celda, incluida la formación de nanotubos de óxido de titanio o estructuras de ramificación complejas hechas de varios semiconductores. Pero los expertos dicen que el trabajo de Kamat podría ser un paso significativo en la creación de células solares más económicas y eficientes. Este es un trabajo muy importante, dice Gerald Meyer, profesor de química en la Universidad Johns Hopkins. Usar nanotubos de carbono como conducto para electrones de óxido de titanio es una idea novedosa, y este es un hermoso experimento de prueba de principio.