Cada vez estamos más cerca de conocer un mundo impulsado por las energías limpias.
La cantidad de luz solar que llega a la Tierra cada 40 minutos es suficiente para satisfacer la demanda energética de todo el mundo por un año. La clave es, por supuesto, atrapar esta energía y convertirla en electricidad útil. Un nuevo estudio realizado por la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza y publicado en Nano Letters, señala que una pequeña modificación del grafeno permitiría generar dos electrones por fotón de luz que reciba. Esto dobla la cantidad de electricidad que actualmente convierten los aparatos fotovoltaicos.
El grafeno, que se ha vuelto muy popular en el último tiempo, es una capa de átomos de carbono dispuestos en forma de panal de abejas. Es increíblemente liviano, flexible y exponencialmente más fuerte que el acero y capaz de conducir electricidad aún mejor que el cobre. Para poder ser utilizado en aparatos fotovoltaicos se necesitaba tener una mejor idea del mecanismo mediante el cual el grafeno convierte luz en electricidad. El proceso toma solo un femtosegundo (1/10-15 seg.), un proceso muy rápido como para poder estudiarse con facilidad.
Para entender mejor cómo ocurre esta conversión de energía, el grafeno fue sujeto a un tratamiento conocido como trARPES, por sus siglas en inglés (ultrafast time- and angle-resolved photoemission spectroscopy). El material fue puesto en una cámara aspiradora ultra potente y expuesto a un luz láser ultra rápida que estimula los electrones haciéndolos más capaces de transmitir corriente eléctrica. Un segundo láser emitía pulsaciones de luz logrando registrar el nivel de energía de cada electrón por cada pulsación. Estas imágenes fueron dispuestas de manera sucesiva como un flip book (folioscopio), para retratar un proceso que ocurre en un muy breve período de tiempo.
Los investigadores facilitaron el proceso de conversión modificando el grafeno. Estimularon los electrones alterando químicamente el número de ellos, y así mejoraron la capacidad fotovoltaica del grafeno. Cuando un fotón devuelve al electrón al estado fundamental, ese electrón es capaz de excitar a dos más, generado corriente eléctrica. “Esto indica que un aparato fotovoltaico que utiliza grafeno modificado puede mostrar niveles significativos de eficiencia en la conversión luz en electricidad”, señala Marco Grioni, uno de los actores principales del estudio.
El grafeno modificado parece ser un gran material para la fácil liberación de los electrones y el uso de la energía extra para la excitación de otros electrones, en lugar de malgastar la energía como calor. Desafortunadamente, el material necesita un poco de ayuda para la absorción de luz, un aspecto clave para los aparatos fotovoltaicos. El grafeno necesitará ser combinado con otros materiales ultradelgados como el diseleniuro de tungsteno o el disulfuro de molibdeno, como ya ha sido testeado en estudios anteriores. Esto podría resultar clave para llevar la conversion de energía solar desde el actual nivel de 32% hacia un asombroso 60%; un salto que podría revolucionar la energía solar. En el futuro, investigadores planean usar medidas similares para estudiar las propiedades fotovoltaicas de otros materiales ultradelgados, incluyendo el disulfuro de molibdeno.
Visto en: IFLScience