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Ultra precise nanoparticles to harvest light

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Las nanopartículas mejoran la conversión de energía luminosa en corriente eléctrica

Un equipo de científicos financiado por la Unión Europea ha demostrado que es posible aprovechar las propiedades ópticas superiores que ofrecen las nanopartículas metálicas y semiconductoras diminutas en la energía solar, mejorando así la eficiencia de las celdas fotovoltaicas y optimizando el mercado para lograr una comercialización a gran escala.

Energía

Las nanopartículas son una plataforma de material flexible, y abren nuevos caminos hacia el estudio de la conversión de la luz solar en electricidad. En particular, las nanoestructuras semiconductoras, en las que al menos una dimensión es lo suficientemente pequeña como para producir los efectos de confinamiento cuántico, han allanado el camino hacia la mejora de la eficiencia de los principales procesos de fotoconversión. Dentro del marco del proyecto ULTRA PARTICLE (Ultra precise nanoparticles to harvest light), los científicos se propusieron mejorar la eficiencia posible con puntos cuánticos (QD) y partículas metálicas. El objetivo principal fue diseñar QD y partículas metálicas que absorbieran fotones en la celda fotovoltaica con energías dentro de un rango del espectro electromagnético mucho más amplio. De esta manera, las celdas fotovoltaicas generarán más electricidad a partir de la misma cantidad de luz solar. Los QD son nanocristales semiconductores confinados tridimensionales con propiedades singulares por su forma, composición y tamaño. Los cambios de tamaño de los QD modifican sus propiedades de absorción y emisión. Es precisamente esta posibilidad de ajustar con precisión la que ha animado al uso masivo de QD en las pantallas para dispositivos electrónicos, desde smartphones hasta televisores. Con un color de luz en particular, las partículas metálicas resuenan intensamente (plasmones), y ello mejora la absorción óptica en las celdas fotovoltaicas semiconductoras que las rodean. Con los fondos concedidos a ULTRA PARTICLE, sus científicos adquirieron una fuente pionera de agregación de gas para producir nanopartículas de un tamaño constante y bien definido. La conectaron a un dispositivo con el que ya contaban de pulverización iónica en películas finas y obtuvieron las primeras muestras de nanopartículas de plata, oro, aluminio, silicio y germanio depositadas sobre distintos sustratos. Gracias a una cuidadosa evaluación utilizando microscopia electrónica de transmisión y fuerzas atómicas fue posible confirmar la idoneidad de la incorporación de nanopartículas en el Si amorfo. Se trata de un primer paso importante hacia el aprovechamiento de las nanoestructuras metálicas que sirven de plataforma para plasmones de superficie localizados con el fin de aumentar la absorción de la luz solar. Los plasmones son excitaciones de los electrones de conducción en las interfaces dieléctricas metálicas. Entretanto, el equipo preparó con sumo cuidado nanopartículas de silicio de tamaños que se ajustaban al límite de confinamiento cuántico, lo cual era el objetivo principal de la propuesta presentada para obtener la subvención. Las nanopartículas se obtuvieron en cantidad suficiente para producir películas finas de silicio del tipo necesario para la tecnología fotovoltaica de película fina. Los resultados de ULTRA PARTICLE han sentado las bases para diseñar las propiedades ópticas de los QD para acceder a una gama más amplia de longitudes de onda. Estas tecnologías de eficiencia sin precedentes en las celdas fotovoltaicas basadas en QD permitirán convertir la luz solar en energía eléctrica de forma más económica, fomentando la comercialización masiva.

Palabras clave

Puntos cuánticos, nanopartículas, plasmónica, conglomerado de fuentes, energía solar, celdas fotovoltaicas, ULTRA PARTICLE, silicio

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