Investigadores suizos han logrado desarrollar nanoestructuras con forma de erizo de mar a partir de diminutas bolas de poliestireno mediante un sencillo proceso electroquímico. Las espinas del erizo de mar consisten en nanocables de óxido de zinc. La superficie estructurada debería ayudar a aumentar la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos.

Los procesos que confieren a los materiales nuevas características son generalmente complicados y, por lo tanto, a menudo bastante difíciles de reproducir. Así que la sorpresa se convierte en asombro cuando los científicos informan sobre nuevos métodos que no solo producen resultados sobresalientes a pesar de que utilizan materiales de partida a precios económicos, sino que tampoco necesitan instrumentación costosa.

Solo un marco simple hecho de poliestireno

Esto es exactamente lo que Jamil Elias y Laetitia Philippe del Laboratorio de Mecánica de Materiales y Nanoestructuras de Empa en Thun han logrado hacer. Utilizaron esferas de poliestireno como una especie de andamio para crear nanoestructuras tridimensionales de óxido de zinc semiconductor sobre varios sustratos. Los dos científicos están convencidos de que las superficies "rugosas" (nanoestructuradas) pero estructuradas regularmente que han producido de esta manera pueden explotarse en una variedad de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos como células solares y también láseres de onda corta. diodos emisores de luz y pantallas de emisión de campo.

El mundo científico reaccionó con prontitud. El artículo en el que se informaron los resultados fue publicado en enero de 2010 en la edición en línea de Materiales avanzados . En el mismo mes se convirtió en el artículo descargado con más frecuencia, y en abril fue seleccionado para aparecer en la portada interior de la revista.

El principio detrás del proceso es bastante simple. Pequeñas esferas de poliestireno de unos pocos micrómetros de diámetro se colocan sobre una superficie eléctricamente conductora donde se orientan en patrones regulares. El poliestireno es barato y omnipresente:se utiliza ampliamente como material de embalaje (por ejemplo, para envases de yogur de plástico) o como material aislante en forma expandida como espuma solidificada.

Cuerpos huecos con espinas para aplicaciones fotovoltaicas

Las minúsculas bolas de poliestireno ancladas de esta forma forman la plantilla sobre la que se depositan los nanocables. Jamil Elias ha logrado utilizar un método electroquímico que él mismo ha desarrollado para variar la conductividad y las propiedades electrolíticas de las bolas de poliestireno de tal manera que el óxido de zinc se deposita sobre la superficie de las microesferas. Con el tiempo, los nanocables regulares crecen a partir de esta superficie, y cuando se completa este proceso se retira el poliestireno, dejando atrás estructuras esféricas huecas con espinas - pequeños erizos de mar, ¡como si fuera! Apretado sobre el sustrato subyacente, los erizos de mar le dan una estructura tridimensional, aumentando así considerablemente su superficie.

Esta superficie nanoestructurada está predestinada para su uso en aplicaciones fotovoltaicas. Los investigadores esperan que tenga excelentes propiedades de dispersión de la luz. Esto significa que la superficie podrá absorber significativamente más luz solar y, por lo tanto, podrá convertir la energía radiada en electricidad de manera más eficiente. En un proyecto apoyado por la Oficina Federal Suiza de Energía (SFOE), Laetitia Philippe y su equipo de investigación están desarrollando absorbentes extremadamente delgados (ETA) para células solares, basado en estas nanoestructuras de óxido de zinc.