Los investigadores han diseñado un embudo de recolección de luz que absorbe la luz solar desde cualquier dirección y la concentra en áreas más pequeñas, como las células solares de alto rendimiento. Al apilar múltiples embudos, cada uno ajustado a una longitud de onda de luz diferente, los investigadores esperan que sea posible convertir todo el espectro solar en electricidad con alta eficiencia.
Los pigmentos de recolección de luz orientados aleatoriamente (verde) canalizan la energía del sol a otras moléculas (rojas) que tienen todas la misma orientación, que dirigen la energía a un dispositivo de fotoconversión. Crédito: Pieper et al. Publicado en Nature Communications
Los científicos, dirigidos por Peter Jomo Walla de la Universidad de Braunschweig en Alemania, han publicado un artículo sobre los embudos recolectores de luz en una edición reciente de Nature Communications .
Aunque existen otros concentradores solares que recogen la energía del sol de grandes áreas y la dirigen a áreas más pequeñas, estos dispositivos tienen ciertas limitaciones. Por ejemplo, no funcionan bien a la sombra, sino que requieren una irradiación solar directa, y como resultado, generalmente se basan en sistemas activos de seguimiento solar.
La naturaleza ha demostrado, sin embargo, que no es imposible diseñar un colector solar que supere estas limitaciones. En los organismos vivos que usan la fotosíntesis, cientos de pigmentos orientados al azar absorben los fotones incluso de la luz indirecta y canalizan la energía hacia un centro de reacción fotosintética. Cada paso en este proceso ocurre con casi el 100% de eficiencia.
En el nuevo estudio, los investigadores modelaron los nuevos embudos de recolección de luz en el diseño de la naturaleza. Los dispositivos consisten en una gran cantidad de pigmentos «donadores» orientados aleatoriamente que pueden absorber luz desde casi todos los ángulos incidentes, y canalizarla hacia un número menor de moléculas «aceptoras» que están todas orientadas en una sola dirección para dirigir la luz en un dispositivo de fotoconversión. Este concepto puede reducir las pérdidas intrínsecas de concentradores solares anteriores por debajo del 10%.
«Al minimizar los mecanismos de pérdida intrínsecos de los concentradores de luz anteriores, creo que hemos encontrado un concepto y una realización asequible que pueden ayudar a un uso más generalizado de los preciosos fotovoltaicos de alto rendimiento», dijo Walla a Phys.org .
En las pruebas, los investigadores demostraron que el nuevo concentrador solar absorbe aproximadamente el 99% de la luz incidente, con pérdidas mínimas debido a la reabsorción y la reflexión. El dispositivo también tiene una eficiencia cuántica de redirección de luz del 80%, que los investigadores señalan que es el parámetro más importante ya que depende de la longitud de onda particular de los fotones.
En el futuro, los investigadores esperan que estos dispositivos se puedan apilar uno encima del otro, con cada dispositivo que contiene diferentes pigmentos correspondientes a diferentes rangos espectrales de la luz solar. Como los materiales del dispositivo son asequibles, una estructura apilada podría conducir a un método eficiente y de bajo costo para recolectar la energía del sol de todo el espectro solar.
«Los pigmentos utilizados en nuestro estudio de prueba de principio actualmente solo cubren el rango espectral azul y no son lo suficientemente estables para la exposición a la luz solar a largo plazo», dijo Walla. «Sin embargo, nuestro concepto permite filtrar una multitud de pigmentos estables adicionales de diferentes colores por su capacidad de actuar como cosechadores de luz o como directores de luz . Estamos muy entusiasmados de encontrar pigmentos adecuados adicionales y arquitecturas apiladas para cubrir en última instancia toda la energía solar espectro con alta eficiencia «.
Materiales proporcionados por phys.org
