El sol es nuestra fuente más prometedora de energía limpia y renovable. La energía que llega a la Tierra desde el Sol en una hora es casi equivalente a la consumida por los humanos durante un año. Las células solares pueden aprovechar esta enorme fuente de energía al convertir la luz en una corriente eléctrica. Sin embargo, estos dispositivos aún requieren mejoras significativas en la eficiencia antes de que puedan competir con fuentes de energía más tradicionales.

Xiaogang Liu, Alfred Ling Yoong Tok y sus compañeros de trabajo en el Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales, la Universidad Nacional de Singapur y la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, ahora han desarrollado un método para usar nanoestructuras para aumentar la fracción de luz entrante que es absorbida por un material captador de luz. El método es ideal para su uso con células solares de alta eficiencia.

Las células solares absorben paquetes de energía óptica llamados fotones y luego usan los fotones para generar electrones. La energía de algunos fotones del Sol, sin embargo, es demasiado pequeño para crear electrones de esta manera y, por lo tanto, se pierde. Liu, Tok y sus compañeros de trabajo sortearon esta pérdida utilizando un efecto conocido como conversión ascendente. En este proceso, dos fotones de baja energía se combinan para producir un solo fotón de alta energía. Este fotón energético puede luego ser absorbido por la región activa de la célula solar.

El dispositivo de los investigadores comprendía un marco de óxido de titanio relleno con una disposición regular de poros de aire de aproximadamente medio micrómetro de ancho, una estructura llamada ópalo inverso (ver imagen). Esferas del material de conversión ascendente, que tenían 30 nanómetros de diámetro, se sentó en la superficie de estos poros. Diminutos puntos cuánticos sensibles a la luz hechos de cristales de seleniuro de cadmio recubrían estas nanoesferas.

Los puntos cuánticos absorbieron eficientemente la luz entrante, ya sea directamente de una fuente externa o de fotones no convertidos de las nanoesferas, y lo convirtió en electrones. Esta carga luego fluyó hacia el marco de óxido de titanio. "El ópalo inverso de óxido de titanio crea una vía de conducción de electrones continua y proporciona una gran superficie interfacial para soportar las nanopartículas de conversión ascendente y los puntos cuánticos, "explica Liu.

Liu, Tok y el equipo probaron el dispositivo disparando luz láser con una longitud de onda de 980 nanómetros, que normalmente no es absorbido por puntos cuánticos de seleniuro de cadmio. Como se esperaba, pudieron medir una corriente eléctrica mucho más alta que el mismo experimento realizado con un dispositivo sin las nanoesferas de conversión ascendente. "Creemos que la transferencia de energía mejorada y la recolección de luz pueden brindar una ventaja altamente competitiva sobre las células solares de silicio convencionales, "dice Liu.