Un equipo de científicos e ingenieros de la Universidad de Stanford, han logrado por primera vez crear absorbentes de luz miles de veces más delgados que una hoja de papel. Estas estructuras de tamaño nanométrico son capaces de absorber cerca del 100% de la luz visible que emana de longitudes de onda específicas, pudiendo ser utilizado para fabricar células solares más baratas y eficientes, entre otras diversas aplicaciones.
Al igual que una cuerda de guitarra, la cual posee una frecuencia de resonancia que cambia cuando la afinas, las partículas metálicas también tienen una frecuencia de resonancia que puede ser ajustada para absorber una determinada longitud de onda de luz. Aprovechando estas capacidades, el equipo de investigadores “afinó” las propiedades ópticas del material a través de un avanzado sistema que permite maximizar la absorción de luz.
Para fabricar absorbentes de luz, se recubren obleas ultrafinas con billones de nanopuntos de oro, esencialmente pequeños imanes esféricos. Las obleas contienen cerca de 520 mil millones de nanopuntos por pulgada cuadrada, cubiertas de una capa adicional con un espesor que determina la frecuencia de luz específica que el absorbente está diseñado a capturar. En las fases de prueba, los prototipos demostraron ser capaces de absorber el 99% de la luz generada por una longitud de onda de 600 nanómetros.
Teniendo en cuenta que la anterior tecnología de absorción de luz requería de una capa base tres veces más gruesa para absorber la misma cantidad de luz, estamos ante un avance de importancia. Como resultado, en siguientes experimentos, los investigadores aplicaron tres tipos de recubrimientos (sulfuro de estaño, óxido de zinc y óxido de aluminio) en diferentes matrices en los nanopuntos. A pesar de que ninguno de estos recubrimientos son absorbentes de luz, se ha demostrado que si se aplica una capa de semiconductor, puede cambiar la absorción de las partículas metálicas a los materiales semiconductores. Esto haría que las cargas energéticas se canalicen en un proceso mucho más eficiente, pudiendo generar una corriente eléctrica o de síntesis de combustible.
El objetivo final del proyecto, es el desarrollo de células solares mejoradas y dispositivos de “combustible solar” que confinen la absorción de la luz del sol con la más pequeña cantidad de material posible. Esto proporciona un beneficio en la reducción de los materiales necesarios para construir los paneles solares, permitiendo una mayor eficiencia, ya que por su diseño, los portadores de carga se producen muy cerca de donde se desea, es decir, cerca de donde se actúan para producir una corriente eléctrica o para conducir un reacción química.
El equipo de investigación también está estudiando la posibilidad de utilizar un gama de metales para los nanopuntos menos costosos, ya que se eligió el oro simplemente porque era químicamente más estable para los experimentos.
Como decía Stacey Bent, profesora de Ingeniería Química e investigadora en el proyecto: “Aunque el costo del oro era prácticamente insignificante, la plata sigue siendo más barata y mejor desde el punto de vista óptico, si se quiere hacer una célula solar buena. Como resultado, nuestro avance representa una reducción en órdenes de magnitud en el espesor. Esto sugiere que podemos eventualmente reducir considerablemente el grosor de las células solares”.
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