(Phys.org) - En un enfoque que podría desafiar al silicio como el material predominante de las células fotovoltaicas, Los ingenieros de materiales de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado una célula solar económica que aprovecha los nanotubos de carbono para absorber y convertir la energía del sol.

El avance podría conducir a paneles solares igual de eficientes, pero mucho menos costoso de fabricar, que los paneles actuales.

La célula solar de nanotubos de carbono de prueba de concepto puede convertir casi el 75 por ciento de la luz que absorbe en electricidad. dice Michael Arnold, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en UW-Madison y pionero en el desarrollo de materiales basados ​​en nanotubos de carbono para aplicaciones de energía solar. "Hemos dado un paso clave realmente fundamental para demostrar que algún día será posible utilizar estos nuevos materiales de nanotubos de carbono para células solares". " él dice.

Arnold y el estudiante de doctorado Matthew Shea describieron el desarrollo en un artículo publicado el 17 de junio, 2013, en la edición en línea de la revista Letras de física aplicada .

El silicio es abundante y un recolector eficiente de energía solar. sin embargo, es caro de procesar y fabricar en paneles solares. Como resultado, los investigadores están estudiando materiales alternativos, entre ellos, nanotubos de carbon.

Los avances recientes han proporcionado a los investigadores un mayor nivel de control sobre la composición química de los nanotubos de carbono. lo que a su vez ha abierto la puerta a innumerables aplicaciones. Los tubos delgados en forma de espagueti son fáciles y económicos de fabricar, estable y duradero, y son buenos absorbentes de luz y conductores eléctricos.

Gran parte de la investigación actual de células solares de nanotubos de carbono se centra en materiales probados de células solares que utilizan nanotubos mezclados para conducir la carga eléctrica. "Eso es solo usar la mitad de las capacidades que ofrecen los nanotubos, "dice Arnold, cuyo trabajo previo con nanotubos de carbono para transistores lo inspiró a explorar aplicaciones en energía solar.

Sobre la base de media década de investigación, incluidos los estudios fundamentales del estudiante de doctorado Dominick Bindl, Arnold y Shea desarrollaron una célula solar que utiliza nanotubos de carbono para recolectar luz y convertirla en electricidad. "Estamos comenzando desde cero y tratando de obtener una alta eficiencia de los nanotubos, ", dice Arnold." Estamos tratando de obtener la mayor conversión de energía posible de nuestro material, y eso es lo único de nuestro trabajo ".

Esencialmente, la celda solar de prueba de concepto es una lámina ultradelgada, o película, de nanotubos de carbono en capas encima de otra hoja delgada de un material llamado buckminsterfullereno, o C ₆₀ . Los nanotubos absorben la mayor parte de la luz solar y retienen la carga positiva, mientras que la C ₆₀ dibuja la carga negativa.

La eficiencia de la célula solar es el porcentaje de energía solar que incide sobre una célula y que la célula realmente convierte en energía eléctrica. Cuando Arnold y sus estudiantes comenzaron esta investigación hace cinco años, sus células solares lograron eficiencias de conversión de energía de solo una millonésima parte de un porcentaje. Hoy, en contraste con la eficiencia promedio del 15 por ciento de las células solares de silicio convencionales, su prueba de concepto es 1 por ciento de eficiencia.

Si bien ese número puede parecer bajo, Arnold es optimista de que puede elevarse, en parte porque la capa de nanotubos de carbono que capta el sol de la célula solar de prueba de concepto tiene solo unos pocos átomos de espesor. Y, la celda convierte aproximadamente el 75 por ciento de la luz solar que absorbe en electricidad. "De la luz que se absorbe, estamos convirtiendo la mayor parte, "dice Arnold.

El siguiente paso para impulsar esa eficiencia ya está en marcha. Los investigadores ahora se están enfocando en aumentar el grosor de la película delgada de nanotubos de carbono de solo 5 nanómetros a al menos 100, lo cual, según sus modelos teóricos, en última instancia, podría alinear la eficiencia de conversión de energía de sus células solares con la de las células de silicio. "Lo que muestra nuestro trabajo es que, eventualmente, podrá obtener una eficiencia tan alta como el silicio, y por eso estamos emocionados "dice Arnold.