En el marco de la iniciativa Solar Technologies go Hybrid, los investigadores de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera (Alemania) han desarrollado un innovador sistema de captación de luz para una utilización más eficiente de la energía solar.
Por un lado, las antenas colectoras de luz de las plantas y las bacterias captan un amplio espectro de luz para la fotosíntesis, pero tienen una estructura muy compleja y requieren muchos tintes diferentes para transmitir la energía absorbida y enfocarla en un punto central. Por otro lado, los semiconductores inorgánicos, como el silicio, son pancromáticos, solo absorben la luz débilmente. Por lo tanto, para absorber suficiente energía se requieren capas muy gruesas de silicio en el rango micrométrico, lo que hace que las células solares sean voluminosas y pesadas.
Los colorantes orgánicos que son adecuados para las células solares son mucho más delgados, pues el grosor de su capa es de alrededor de 100 nanómetros. Sin embargo, apenas son capaces de absorber un amplio rango espectral y, por lo tanto, no son particularmente eficientes.
En base a estos conceptos, el sistema desarrollado por los investigadores de la JMU tiene una estructura de banda similar a la de los semiconductores inorgánicos, lo que significa que absorbe la luz de forma pancromática en todo el rango visible. Además, utiliza los altos coeficientes de absorción de los tintes orgánicos. Como resultado, puede absorber una gran cantidad de energía solar en una capa relativamente delgada, similar a los sistemas de recolección de luz natural. La investigación ha sido publicada en la revista Chem.
Sistema de captación de luz solar URPB
La antena de captación de luz solar de Würzburg consta de cuatro colorantes de merocianina diferentes que se pliegan y, por lo tanto, se apilan muy juntos. La elaborada disposición de las moléculas permite un transporte de energía ultrarrápido y eficiente dentro de la antena. Los investigadores han dado al prototipo el nombre de URPB, por las longitudes de onda de la luz que son absorbidas por los cuatro componentes de tinte de la antena, formando las siglas en inglés de U para ultravioleta, R para rojo, P para púrpura, B para azul.
Los investigadores han demostrado que su sistema de recolección de luz funciona correctamente midiendo el llamado rendimiento cuántico de fluorescencia. Esto implica medir cuánta energía emite el sistema en forma de fluorescencia, lo que permite sacar conclusiones sobre la cantidad de energía solar que ha recogido previamente.
De esta manera, el sistema convierte el 38% de la energía irradiada en un amplio rango espectral en fluorescencia, mientras que los cuatro colorantes por sí solos logran menos del 1%, hasta un máximo del 3%. Por lo tanto, la combinación y disposición espacial correcta de las moléculas de colorante marcan una gran diferencia en la eficiencia de las células solares.