La luz del sol es una fuente inagotable de energía y su utilización para generar electricidad es una de las piedras angulares de las energías renovables. Más del 40% de la luz solar que incide sobre la Tierra se encuentra en los espectros infrarrojo, visible y ultravioleta; sin embargo, la tecnología solar actual utiliza principalmente rayos visibles y ultravioleta. La tecnología para utilizar todo el espectro de la radiación solar (llamada utilización totalmente solar) aún está en su infancia.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Hokkaido, dirigido por el profesor asistente Melbert Jeem y el profesor Seiichi Watanabe de la Facultad de Ingeniería, ha sintetizado materiales a base de ácido tungstico dopados con cobre que mostraron utilización totalmente solar. Sus hallazgos se publican en la revista Advanced Materials. .
"Actualmente, los espectros de radiación solar del infrarrojo cercano y medio, que van desde 800 nm a 2.500 nm, no se utilizan para la generación de energía", explica Jeem. "El ácido tungstico es un candidato para desarrollar nanomateriales que potencialmente puedan utilizar este espectro, ya que posee una estructura cristalina con defectos que absorben estas longitudes de onda".
El equipo utilizó una técnica de fotofabricación que habían desarrollado previamente, la fotosíntesis sumergida de cristalitos, para sintetizar nanocristales de ácido tungstico dopados con concentraciones variables de cobre. Se analizaron las estructuras y propiedades de absorción de luz de estos nanocristales; Se midieron sus características fototérmicas, de evaporación de agua fotoasistida y fotoelectroquímicas.
Los nanocristales de óxido de tungsteno dopados con cobre absorben luz en todo el espectro, desde la luz ultravioleta hasta la luz visible y la infrarroja; la cantidad de luz infrarroja absorbida fue mayor con un dopaje de cobre del 1%. Los nanocristales dopados con cobre al 1% y al 5% exhibieron la mayor elevación de temperatura (característica fototérmica); Los cristales dopados con cobre al 1% también mostraron la mayor eficacia de evaporación de agua, con aproximadamente 1,0 kg por m 2 por hora. El análisis estructural de los nanocristales dopados con cobre al 1% indicó que los iones de cobre pueden estar distorsionando la estructura cristalina del óxido de tungsteno, lo que lleva a las características observadas cuando se absorbe la luz.
"Nuestros descubrimientos marcan un avance significativo en el diseño de nanocristalitos capaces de sintetizar y aprovechar energía totalmente solar", concluye Watanabe. "Hemos demostrado que el dopaje con cobre otorga a los nanocristales de ácido tungstico una variedad de características a través de su utilización totalmente solar. Esto proporciona un marco para futuras investigaciones en el campo, así como para el desarrollo de aplicaciones".
Más información: Melbert Jeem et al, Fases optocríticas impulsadas por defectos ajustadas para la utilización totalmente solar, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202305494
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Universidad de Hokkaido
