Un concentrador solar luminiscente es una tecnología emergente de captación de luz solar que tiene el potencial de alterar la forma en que pensamos sobre la energía; Podría convertir cualquier ventana en una fuente de energía durante el día.

"En estos dispositivos, una fracción de la luz transmitida a través de la ventana es absorbida por partículas de tamaño nanométrico (puntos cuánticos semiconductores) dispersas en una ventana de vidrio, reemitido en la longitud de onda infrarroja invisible para el ojo humano, y guiado por ondas a una celda solar en el borde de la ventana, "dijo Victor Klimov, investigador principal del proyecto en el Laboratorio Nacional de Los Alamos del Departamento de Energía. "Con este diseño, una ventana casi transparente se convierte en un generador eléctrico, uno que pueda encender el aire acondicionado de su habitación en un día caluroso o un calentador en uno frío ".

Esto es lo que se hace posible con los nuevos dispositivos, los LSC de punto cuántico, que estarán disponibles en la revista. Nanotecnología de la naturaleza en el estudio "Concentradores solares luminiscentes incoloros de gran área altamente eficientes que utilizan puntos cuánticos coloidales libres de metales pesados". El trabajo fue realizado por investigadores del Centro de Fotofísica Solar Avanzada (CASP) de Los Alamos, dirigido por Klimov y el equipo de investigación coordinado por Sergio Brovelli y Francesco Meinardi del Departamento de Ciencia de Materiales de la Universidad de Milán-Bicocca (UNIMIB) en Italia.

En abril de 2014, utilizando puntos cuánticos compuestos especiales, la colaboración estadounidense-italiana demostró el primer ejemplo de concentradores solares luminiscentes de gran superficie libres de pérdidas por reabsorción de la luz guiada por las nanopartículas. Esto representó un avance fundamental con respecto a la tecnología anterior, el cual se basaba en emisores orgánicos que permitían la realización de concentradores de apenas unos centímetros de tamaño.

Sin embargo, los puntos cuánticos utilizados en dispositivos de prueba de principio anteriores aún no eran adecuados para aplicaciones del mundo real, ya que se basaban en el cadmio, un metal pesado tóxico, y eran capaces de absorber solo una pequeña parte de la luz solar. Esto resultó en una eficiencia de captación de luz limitada y una fuerte coloración amarilla / roja de los concentradores, lo que complicaba su aplicación en entornos residenciales.

Klimov, Director de CASP, explicó cómo el enfoque actualizado resuelve el problema de la coloración:"Nuestros nuevos dispositivos utilizan puntos cuánticos de una composición compleja que incluye cobre (Cu), indio (en), selenio (Se) y azufre (S). Esta composición a menudo se abrevia como CISeS. En tono rimbombante, estas partículas no contienen metales tóxicos que normalmente están presentes en LSC previamente demostradas ".

"Es más, "Klimov señaló, "los puntos cuánticos CISeS proporcionan una cobertura uniforme del espectro solar, agregando así solo un tinte neutro a una ventana sin introducir ninguna distorsión en los colores percibidos. Además, su emisión de infrarrojo cercano es invisible para el ojo humano, pero al mismo tiempo es ideal para las células solares más comunes basadas en silicio ".

Francesco Meinardi, profesor de Física en UNIMIB, describió el trabajo emergente, notando, "Para que esta tecnología salga de los laboratorios de investigación y alcance su máximo potencial en arquitectura sostenible, es necesario realizar concentradores no tóxicos capaces de captar todo el espectro solar ".

"Aún debemos preservar la capacidad clave de transmitir la luminiscencia guiada sin pérdidas por reabsorción, aunque, para complementar la alta eficiencia fotovoltaica con dimensiones compatibles con ventanas reales. El factor estético también es de importancia crítica para la conveniencia de una tecnología emergente, "Dijo Meinardi.

Hunter McDaniel, anteriormente becario postdoctoral de Los Alamos CASP y actualmente emprendedor de puntos cuánticos (fundador y presidente de UbiQD), adicional, "con una nueva clase de productos de bajo costo, puntos cuánticos de bajo riesgo compuestos de CISeS, hemos superado algunos de los obstáculos más importantes para el despliegue comercial de esta tecnología ".

"Uno de los problemas que quedan por abordar es la reducción de costos, pero este material ya es significativamente menos costoso de fabricar que los puntos cuánticos alternativos utilizados en demostraciones anteriores de LSC, "Dijo McDaniel.

Un elemento clave de este trabajo es un procedimiento comparable al método industrial de fundición celular utilizado para fabricar ventanas de polímero de alta calidad óptica. Se trata de un nuevo protocolo UNIMIB para encapsular puntos cuánticos en una matriz de polímero transparente de alta calidad óptica. El polímero utilizado en este estudio es un polilaurilmetacrilato reticulado, que pertenece a la familia de los polímeros de acrilato. Sus largas cadenas laterales evitan la aglomeración de los puntos cuánticos y les proporcionan el entorno local "amigable". que es similar a la de la suspensión coloidal original. Esto permite preservar las propiedades de emisión de luz de los puntos cuánticos al encapsularlos en el polímero.

Sergio Brovelli, el investigador principal del equipo italiano, concluyó:"Tecnología de ventana solar de puntos cuánticos, cuya viabilidad habíamos demostrado hace apenas un año, ahora se convierte en una realidad que se puede trasladar a la industria en el corto y mediano plazo, permitiéndonos convertir no solo azoteas, como lo hacemos ahora, pero todo el cuerpo de los edificios urbanos, incluyendo ventanas, en generadores de energía solar ".

"Esto es especialmente importante en áreas urbanas densamente pobladas donde las superficies de los techos son demasiado pequeñas para recolectar toda la energía requerida para las operaciones del edificio, ", dijo. Propone que las estimaciones del equipo indican que al reemplazar el acristalamiento pasivo de un rascacielos como el One World Trade Center en Nueva York (72, 000 metros cuadrados divididos en 12, 000 ventanas) con nuestra tecnología, sería posible generar el equivalente a la necesidad energética de más de 350 apartamentos.

"Agregue a estas cifras notables, la energía que se ahorraría por la reducción de la necesidad de aire acondicionado gracias al efecto de filtrado del LSC, que reduce la calefacción de los espacios interiores por la luz solar, y tiene una tecnología que podría cambiar el juego hacia ciudades con energía "neta cero", "Dijo Brovelli.