Mejoras en celdas solares por optica no lineal

Científicos alemanes han incrementado la frecuencia de la luz proveniente del Sol, creando luz azul de luz verde. La así llamada conversión hacia arriba es hecha comúnmente con láseres, pero nunca antes con rayos aleatorios provenientes del Sol. El proceso, descrito en Physical Review Letters el 6 de Octubre, podría beneficiar a latecnología de energía solar, ya que permitiría el reciclaje de luz solar de baja frecuenciaa rangos de frecuencia más alta, donde algunos paneles solares son más sensibles.

Muchos materiales naturales exhiben fluorescencia en la que convierten luz hacia abajo,es decir, bajan su frecuencia. La conversión hacia arriba es más extraña, requiriendo quedos o más fotones de baja frecuencia sean absorbidos por una sola molécula. La energíacombinada de ambos fotones “empuja” a uno de los electrones de la molécula hacia unnivel de energía más alto, y luego cae a su estado base, emitiendo un solo fotón de altafrecuencia con el doble de la energía de los incidentes. Esta absorción múltiple debe ocurrir casi simultáneamente, por ello es que el proceso requiere de una alta densidad de fotones. Sólo los láseres pueden producir la intensidad necesaria, aproximadamente un millón de veces mayor que la de la luz solar, dice Stanislav Baluschev, del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros en Mainz, Alemania.

Baluschev y sus colegas han desarrollado una técnica alternativa para la conversiónhacia arriba que puede funcionar para intensidades de luz mucho menores. En vez de sumar fotones en una sola molécula, los investigadores usan dos moléculas, cada una de las cuales almacena la energía correspondiente a un fotón, para después sumarlas. En trabajos anteriores, el equipo había mostrado que este proceso funciona con luz proveniente de un láser, pero ahora lo han optimizado para fuentes de luz ordinarias y aleatorias. En una demostración con luz del Sol, que fue despojada de todas sus frecuencias, salvo la correspondiente al color verde y concentrada hasta que su intensidad fue 100 veces más que la normal, los investigadores registraron un rayo de luz azul en su líquido convertidor hacia arriba.

Para lograr esto, el equipo combinó en una solución un sensitizador (un compuesto capaz de emitir luz luego de haber recibido energía de una molécula previamente excitada en una reacción química) que absorbía longitudes de onda verdes con un polímero emisor de longitudes de onda azules. El sensitizador era una molécula con forma de aro con un átomo de paladio en el centro, para que lograra contener la energía
absorbida de un fotón en un estado excitado de larga duración, llamado triplete. A través
de un proceso poco comprendido, algunos de estos tripletes sensitizadores pueden transferir su energía a las moléculas emisoras, y generando así tripletes emisores de aún más larga duración. “Viven cerca de 5 milisegundos, lo que es una eternidad comparado con otros estados excitados,” dice Baluschev. Si dos de estos tripletes emisores interactúan entre sí en la solución, un triplete puede robar la energía del otro para elevar a sus electrones a un estado doblemente excitado. Desde allí, el emisor vuelve a su estado base emitiendo un fotón azul. En efecto, la energía de dos fotones es sumada con la ayuda de estos intermediarios moleculares.

Los investigadores han determinado que la eficiencia máxima de su sistema es del 1% (un fotón azul por cada 100 fotones verdes que lleguen). Esto puede parecer poco, pero las celdas solares son sensibles a sólo una porción del espectro del Sol. Así, la conversión hacia arriba podría capturar fotones inútiles y hacerlos útiles. “Es un nuevo canal para capturar la energía proveniente del Sol”, dice Panagiotis Kievanidis, de la Universidad de Cambridge, Inglaterra. Jan Goldschmidt, del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar en Freiburg, Alemania, está de acuerdo, pero dice que llevar luz de verde a azul sólo beneficia a ciertos paneles solares orgánicos. “Para ser relevante
para la tecnología dominante de los paneles solares, a base de silicona, el rango de absorción debe ser desplazado hacia el infrarrojo,” dice. Baluschev y su equipo actualmente están trabajando en crear otras combinaciones de moléculas que puedan convertir frecuencias menores hacia arriba.