Tecnología solar: un innovador sistema de captación de luz muy eficaz
Cuatro tintes en una ingeniosa combinación
Los investigadores de Würzburg de la iniciativa bávara Solar Technologies Go Hybrid avanzan en el camino hacia una utilización más eficiente de la energía solar: han desarrollado un innovador sistema de captación de luz.
Las fórmulas estructurales de los cuatro colorantes de merocianina (izquierda) que forman el nuevo sistema de captación de luz URPB cuando se apilan (derecha).
Alexander Schulz / Universität Würzburg
Para convertir la luz solar en electricidad u otras formas de energía de la forma más eficiente posible, el primer paso es disponer de un sistema eficaz de captación de luz. Lo ideal es que sea pancromático, es decir, que absorba todo el espectro de luz visible.
Las antenas captadoras de luz de plantas y bacterias son un modelo a seguir. Captan un amplio espectro de luz para la fotosíntesis, pero tienen una estructura muy compleja y necesitan muchos colorantes diferentes para transmitir la energía de la luz absorbida y concentrarla en un punto central.
Los sistemas de captación de luz desarrollados por el ser humano hasta la fecha también presentan desventajas: Aunque los semiconductores inorgánicos como el silicio son pancromáticos, sólo absorben la luz débilmente. Para absorber suficiente energía luminosa, se necesitan capas muy gruesas de silicio en el rango de los micrómetros, lo que hace que las células solares sean relativamente voluminosas y pesadas.
Los colorantes orgánicos adecuados para las células solares son mucho más finos: el grosor de su capa es de sólo unos 100 nanómetros. Sin embargo, apenas son capaces de absorber una amplia gama espectral y, por tanto, no son especialmente eficientes.
Una fina capa absorbe mucha energía luminosa
Investigadores de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg (Baviera, Alemania) han presentado ahora en la revista Chem un innovador sistema de captación de luz que difiere notablemente de los anteriores.
"Nuestro sistema tiene una estructura de bandas similar a la de los semiconductores inorgánicos. Esto significa que absorbe la luz pancromáticamente en toda la gama visible. Y utiliza los elevados coeficientes de absorción de los tintes orgánicos. Como resultado, puede absorber una gran cantidad de energía luminosa en una capa relativamente fina, similar a los sistemas naturales de captación de luz", afirma el profesor de química de la JMU Frank Würthner. Su equipo del Instituto de Química Orgánica / Centro de Química de Nanosistemas diseñó el sistema de captación de luz en la JMU y lo investigó junto con el grupo del profesor Tobias Brixner, del Instituto de Química Física y Teórica.
Cuatro colorantes en una ingeniosa disposición
En pocas palabras, la innovadora antena captadora de luz de Würzburg consiste en cuatro tintes de merocianina diferentes que se pliegan y apilan estrechamente. La elaborada disposición de las moléculas permite un transporte de energía ultrarrápido y eficaz dentro de la antena.
Los investigadores han bautizado el prototipo del nuevo sistema de captación de luz con el nombre de URPB. Las letras corresponden a las longitudes de onda de la luz que absorben los cuatro componentes colorantes de la antena: U de ultravioleta, R de rojo, P de púrpura y B de azul.
Rendimiento demostrado mediante fluorescencia
Los investigadores han demostrado que su novedoso sistema de captación de luz funciona tan bien midiendo el llamado rendimiento cuántico de fluorescencia. Se trata de medir cuánta energía emite el sistema en forma de fluorescencia. Esto permite sacar conclusiones sobre la cantidad de energía luminosa que ha recogido previamente.
El resultado: el sistema convierte en fluorescencia el 38% de la energía luminosa irradiada en una amplia gama espectral; los cuatro colorantes por sí solos, en cambio, consiguen entre menos del 1% y un máximo del 3%. Por tanto, la combinación correcta y la hábil disposición espacial de las moléculas de colorante en la pila marcan una gran diferencia.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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