Arrojando luz sobre las soluciones de puntos cuánticos en la energía solar
En términos de energía, el sol es con diferencia nuestro mejor recurso. Desde la escuela primaria, nos han enseñado que el sol es la forma más eficiente de obtener energía. Estamos al borde de una revolución energética, y para que se produzca, solar tiene que mejorar, y tiene que mejorar ya. Con la llegada de la tecnología solar de puntos cuánticos, la energía solar será más limpia, más integrada y más eficiente.
La energía solar apesta…
Las células solares actuales tienen mucho margen de mejora. Actualmente, la eficiencia de las células solares es similar a llenar una piscina con un cubo con agujeros en el fondo. Claro que podría hacer el trabajo, pero se está perdiendo mucho.
El panel solar comercial medio convierte 17-20% de la luz solar en electricidad. La cantidad de energía captada no llega a alimentar los hogares individuales, por no hablar de las ciudades. La falta de eficiencia se deriva de las limitaciones de su materiales. La mayoría de los semiconductores sólo pueden captar hasta 1/5 de la luz solar, dejando franjas del espectro solar sin utilizar.
No sólo eso, sino que la fabricación de las células solares actuales es increíblemente perjudicial para el medio ambiente, y las propias células también suponen un peligro. La mayoría de los paneles solares comerciales están hechos de semiconductores como teluro de cadmio (CdTe) y otros metales pesados. Estos metales pesados causan grandes daños ecológicos y suponen un gran riesgo para la salud cuando se amontonan en los vertederos. Por si fuera poco, también ocupan una tonelada de espacio, creando hectáreas de inutilizables tierra.
…Pero puede mejorar
La nanotecnología nos presenta una opción mejor para nuestros paneles solares. Cuando digo nanotecnología, me refiero a una escala de decenas o cientos de átomos. A punto cuántico (QD) es una nanopartícula semiconductora que tiene una diezmilésima parte de la anchura de un cabello humano. Empresas como Samsung están fabricando televisores con puntos cuánticos, porque cuando se introduce energía en un punto cuántico, éste libera luz. Esta mecánica va en ambos sentidos; cuando se introduce luz en un QD, éste emite energía. Este proceso puede controlarse ajustando el tamaño de las partículas, controlando su color o qué longitud de onda de luz puede captar.
La síntesis de los propios QDs es mucho más limpia en comparación con sus contemporáneos. Procesos como la síntesis coloidal hacen las cosas mucho más limpias. La síntesis coloidal puede explicarse mediante la cocción; el proceso es mucho como seguir una receta de repostería. Hay que mezclar productos químicos como sales de zinc, disolventes y ligandos (que actúan como agentes aglutinantes de moléculas). A continuación, se utilizan fuentes de azufre o selenio, como azufre en polvo, para controlar el tamaño de los puntos cuánticos. Por último, hay que calentarlos con precisión para estimular el crecimiento de nanocristales, y ya tenemos un pastel de puntos cuánticos. Sin metales pesados, sin uso excesivo de agua, sin procesos nocivos.
Bueno… ¿Cómo funcionan exactamente?
Cuando la luz del sol incide sobre una célula solar de puntos cuánticos, ésta excita los electrones de los puntos cuánticos, haciéndolos saltar de un inferior nivel de energía (banda de valencia) a un superior (banda de conducción). Esto crea un “agujero” donde antes estaba el electrón, creando una carga positiva en su ausencia. Estos pares de electrones desplazados y los “huecos” que dejaron atrás por sí solos no pueden hacer gran cosa, pero cuando los pares se separados por un campo eléctrico interno, como los creados por las uniones de materiales como el dióxido de titanio (TiO2) o el óxido de zinc (ZnO), se genera electricidad. Cada parte de la unión es de tipo n o de tipo p, y esta unión empuja los electrones hacia la región n-type y los huecos hacia la región p-type, generando un campo eléctrico con el movimiento, y voilá, energía.
¿Ya está mareado?
Le acaban de lanzar mucha información, pero esencialmente, el movimiento de campos eléctricos internos genera electricidad. Realizar este proceso de forma limpia supone una gran mejora respecto a las tecnologías actuales, pero eso no es todo lo que pueden ofrecer las células solares de puntos cuánticos.
Si la vida te da… ¿vidrio?
Una de las mayores ventajas de las células solares de puntos cuánticos (QDSC) es que son increíblemente adaptables. Las QDSC pueden transformar un trozo de vidrio normal en un panel solar, lo que las hace increíblemente útiles para utilizar la infraestructura existente en lugar de tener que desbrozar grandes extensiones de terreno sólo para los paneles solares. Esto se hace de forma bastante sencilla, con una simple mezcla de QDs y un agente aglutinante. Esto no sólo amplía las posibilidades de ventanas, pero también podría ampliarse a pantallas e incluso tecnología portátil.
