La mayoría de los esfuerzos para mejorar las células solares se han centrado en aumentar la eficiencia de su conversión de energía, o en reducir el costo de fabricación. Pero ahora los investigadores del MIT están abriendo otra vía de mejora, con el objetivo de producir los paneles solares más delgados y livianos posibles.

Tales paneles, que tienen el potencial de superar cualquier sustancia distinta del uranio de grado reactor en términos de energía producida por libra de material, podría estar hecho de láminas apiladas de materiales de una molécula de espesor, como grafeno o disulfuro de molibdeno.

Jeffrey Grossman, el profesor adjunto Carl Richard Soderberg de ingeniería energética en el MIT, dice que el nuevo enfoque "empuja hacia la máxima conversión de energía posible a partir de un material" para la energía solar. Grossman es el autor principal de un nuevo artículo que describe este enfoque, publicado en la revista Nano letras .

Aunque los científicos han prestado considerable atención en los últimos años al potencial de materiales bidimensionales como el grafeno, Grossman dice:se ha estudiado poco su potencial para aplicaciones solares. Resulta, él dice, "no solo están bien, pero es asombroso lo bien que lo hacen ".

Usando dos capas de tales materiales de un átomo de espesor, Grossman dice:su equipo ha predicho células solares con una eficiencia del 1 al 2 por ciento en la conversión de la luz solar en electricidad, Eso es bajo en comparación con la eficiencia del 15 al 20 por ciento de las células solares de silicio estándar, él dice, pero se logra utilizando material que es miles de veces más delgado y liviano que el papel tisú. La celda solar de dos capas tiene solo 1 nanómetro de espesor, mientras que las células solares de silicio típicas pueden ser cientos de miles de veces más. El apilamiento de varias de estas capas bidimensionales podría aumentar significativamente la eficiencia.

"Apilar algunas capas podría permitir una mayor eficiencia, uno que compita con otras tecnologías de células solares bien establecidas, "dice Marco Bernardi, un postdoctorado en el Departamento de Ciencia de Materiales del MIT que fue el autor principal del artículo. Maurizia Palummo, un investigador senior de la Universidad de Roma que visita el MIT a través del programa MISTI Italia, también fue coautor.

Para aplicaciones donde el peso es un factor crucial, como en naves espaciales, para la aviación o para su uso en áreas remotas del mundo en desarrollo donde los costos de transporte son significativos; estas celdas livianas ya podrían tener un gran potencial, Dice Bernardi.

Libra por libra, él dice, las nuevas células solares producen hasta 1, 000 veces más potencia que la fotovoltaica convencional. Aproximadamente un nanómetro (mil millonésima parte de un metro) de espesor, "Es de 20 a 50 veces más delgada que la celda solar más delgada que se puede fabricar en la actualidad, “No se puede hacer una célula solar más delgada”, agrega Grossman.

Esta esbeltez no solo es ventajosa en el envío, pero también en la facilidad de montaje de paneles solares. Aproximadamente la mitad del costo de los paneles actuales está en estructuras de soporte, instalación, sistemas de cableado y control, gastos que podrían reducirse mediante el uso de estructuras más ligeras.

Además, el material en sí es mucho menos costoso que el silicio altamente purificado que se usa para las células solares estándar, y debido a que las láminas son tan delgadas, solo requieren cantidades minúsculas de materias primas.

El trabajo del equipo del MIT hasta ahora para demostrar el potencial de los materiales de un átomo de espesor para la generación solar es "solo el comienzo, "Dice Grossman. Por un lado, disulfuro de molibdeno y diselenuro de molibdeno, los materiales utilizados en este trabajo, son solo dos de los muchos materiales 2-D cuyo potencial podría estudiarse, por no hablar de las diferentes combinaciones de materiales intercalados. "Hay todo un zoológico de estos materiales que se pueden explorar, Grossman dice:"Mi esperanza es que este trabajo prepare el escenario para que la gente piense en estos materiales de una manera nueva".

Si bien en este momento no existen métodos a gran escala para producir disulfuro de molibdeno y diselenuro de molibdeno, esta es un área activa de investigación. La capacidad de fabricación es "una cuestión esencial, "Grossman dice, "pero creo que es un problema con solución".

Una ventaja adicional de estos materiales es su estabilidad a largo plazo, incluso al aire libre; otros materiales de células solares deben protegerse con capas de vidrio pesadas y caras. "Es esencialmente estable en el aire, bajo luz ultravioleta, y en la humedad, "Es muy robusto", dice Grossman.

El trabajo hasta ahora se ha basado en el modelado informático de los materiales, Grossman dice:y agregó que su grupo ahora está tratando de producir tales dispositivos. "Creo que esta es la punta del iceberg en términos de utilización de materiales 2-D para energía limpia", dice.

El artículo se titula "Absorción extraordinaria de la luz solar y energía fotovoltaica de 1 nm de espesor utilizando materiales monocapa bidimensionales".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.