Investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado un material a base de carbono que podría revolucionar la forma en que se obtiene la energía solar. El nuevo material de la célula solar, un conductor transparente hecho de nanotubos de carbono, proporciona una alternativa a la tecnología actual. que es mecánicamente frágil y depende de un mineral relativamente raro.

Debido a la abundancia de carbono en la tierra, Los nanotubos de carbono tienen el potencial de impulsar la viabilidad a largo plazo de la energía solar al proporcionar una opción rentable a medida que aumenta la demanda de la tecnología. Además, La flexibilidad mecánica del material podría permitir que las células solares se integren en telas y ropa, habilitando suministros de energía portátiles que podrían afectar todo, desde dispositivos electrónicos personales hasta operaciones militares.

La investigación, encabezada por Mark C. Hersam, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y profesor de química, y Tobin J. Marks, Vladimir N. Ipatieff Profesor de química catalítica y profesor de ciencia e ingeniería de materiales, aparece en la portada de la edición de octubre de 2011 de Materiales energéticos avanzados , una nueva revista que se especializa en ciencia sobre materiales utilizados en aplicaciones energéticas.

Las células solares se componen de varias capas, incluyendo una capa conductora transparente que permite que la luz pase al interior de la celda y que la electricidad salga; para que ocurran estas dos acciones, el conductor debe ser conductor de electricidad y también ópticamente transparente. Pocos materiales poseen simultáneamente ambas propiedades.

En la actualidad, El óxido de indio y estaño es el material dominante utilizado en aplicaciones de conductores transparentes. pero el material tiene dos limitaciones potenciales. El óxido de indio y estaño es mecánicamente frágil, lo que excluye su uso en aplicaciones que requieren flexibilidad mecánica. Además, El óxido de indio y estaño se basa en el elemento relativamente raro indio, por lo que el aumento de la demanda proyectada de células solares podría empujar el precio del indio a niveles problemáticamente altos.

"Si la tecnología solar realmente se generaliza, como todos esperan que suceda, es probable que tengamos una crisis en el suministro de indio, "Hay un gran deseo de identificar materiales, especialmente elementos abundantes en la tierra como el carbono, como el carbono, que pueden tomar el lugar del indio en la tecnología solar", dijo Hersam.

El equipo de Hersam and Marks ha creado una alternativa al óxido de indio y estaño utilizando nanotubos de carbono de pared simple, diminuto, cilindros huecos de carbono de tan solo un nanómetro de diámetro.

Los investigadores han ido más allá para determinar el tipo de nanotubo que es más eficaz en conductores transparentes. Las propiedades de los nanotubos varían según su diámetro y su ángulo quiral, el ángulo que describe la disposición de los átomos de carbono a lo largo del nanotubo. Estas propiedades determinan dos tipos de nanotubos:metálicos y semiconductores.

Nanotubos metálicos, los investigadores encontraron, son 50 veces más eficaces que los semiconductores cuando se utilizan como conductores transparentes en células solares orgánicas.

"Ahora hemos identificado con precisión el tipo de nanotubo de carbono que debería utilizarse en esta aplicación, "Dijo Hersam.

Debido a que los nanotubos de carbono son flexibles, a diferencia del óxido de indio y estaño quebradizo, Los hallazgos de los investigadores podrían allanar el camino para muchas aplicaciones nuevas en células solares. Por ejemplo, los militares podrían incorporar las células solares flexibles en el material de la tienda para proporcionar energía solar directamente a los soldados en el campo, o las células podrían integrarse en la ropa, mochilas o carteras para dispositivos electrónicos portátiles.

"Con esta tecnología mecánicamente flexible, es mucho más fácil imaginar la integración de la tecnología solar en la vida cotidiana, en lugar de llevar consigo una gran célula solar inflexible, "Dijo Hersam.

Los investigadores ahora están examinando otras capas de la célula solar para explorar también reemplazarlas con nanomateriales basados ​​en carbono.