Nanocables para lograr una energía renovable sostenible
Con la llegada de tecnologías revolucionarias que modifican la forma en la que se genera y consume la electricidad, uno de los principales problemas será aumentar la eficiencia y reducir los costes de la producción energética. La nanotecnología está creando métodos completamente nuevos para abordar dichos retos. En concreto, los nanohilos semiconductores se proponen como un supermaterial revolucionario capaz de aumentar la rentabilidad y reducir la cantidad de materiales necesarios para convertir la energía. Animados por el impresionante potencial de los nanohilos, un equipo de investigadores puso en marcha el proyecto PHD4ENERGY. En él se ofreció a doce estudiantes de doctorado realizar investigaciones colaborativas e interdisciplinarias en el campo de la nanomedicina. LED con celdas fotovoltaicas multiunión y sin fósforo La investigación sobre nanohilos semiconductores realizada durante los últimos años ha contribuido a aumentar los conocimientos que se poseen sobre la estructura atómica y han desvelado fenómenos físicos a escala nanométrica. «Los nanohilos semiconductores permiten combinar materiales fácilmente mediante crecimiento epitaxial. Esta capacidad ofrece más libertad a la hora de elegir materiales en el diseño de multiuniones o heteroestructuras, a diferencia de los dispositivos planares, y, por tanto, permite alcanzar una mayor eficiencia en estructuras más sencillas» indica el profesor Heiner Linke. «Las microgrietas que se forman en los módulos planos de celdas fotovoltaicas cuando los materiales no concuerdan son una de causas principales de las pérdidas de energía», explica el profesor Linke. Otra ventaja del empleo de nanohilos es la capacidad para ajustar al detalle su interacción con la luz. Las nanoestructuras absorben la luz con eficiencia y pueden ejercer de «antenas», de este modo se recolecta más luz con menos material y mayor sostenibilidad. Su capacidad para atraer luz de su entorno permite construir centrales fotovoltaicas a gran escala con menos materiales de los que hasta ahora eran necesarios. El equipo del proyecto aprovechó el diámetro reducido y la geometría cilíndrica de los hilos diminutos fabricados con semiconductores III-V para diseñar estructuras de dispositivo singulares, como heterouniones axiales y radiales. La ventaja de este método es que permite modular las propiedades conductoras a lo largo o ancho del nanohilo. Para lograr celdas fotovoltaicas multiunión basadas en nanohilos y de alta eficiencia también se diseñaron diodos túnel basados en nanocables, conocidos como diodos Esaki, para utilizarlos en células solares en tándem. Buena parte del trabajo realizado se dedicó al diseño de estructuras LED nanométricas. En el caso de LED de luz visible, los nitruros del grupo III (nitruro de indio y galio) son ideales y poseen bandas prohibidas en el rango visible de las energías fotónicas. Estos LED sin fósforo permitieron generar una longitud de onda más larga para la luz blanca. Los investigadores a cargo de la investigación realizaron estudios sobre las propiedades termoeléctricas de los nanohilos. Por ejemplo, mostraron por primera vez en un contexto experimental que el calor puede convertirse en electricidad con una eficiencia electrónica similar a la de las de las centrales eléctricas optimizadas. En consonancia con las actividades dirigidas a lograr aplicaciones indicadas anteriormente, los estudiantes de doctorado exploraron asimismo la seguridad de sus nanocables y analizaron su posible toxicidad. En PHD4ENERGY se investigaron nuevas propuestas y tecnologías que señalan el camino hacia la nueva generación de sistemas fotovoltaicos y fuentes de luz eficientes. El proyecto fomentó, con la vista puesta en la empleabilidad de los futuros doctores, la colaboración entre estudiantes y la industria a través de un programa de formación de la Universidad de Lund. Uno de los mayores logros fue la escuela de verano de 2016 PhD4Energy sobre conversores de energía a escala nanométrica, en la que participaron ponentes de renombre internacional. A él asistieron numerosos estudiantes universitarios e investigadores postdoctorales.
Palabras clave
PHD4ENERGY, nanocable, celda fotovoltaica, LED, nanohilos semiconductores, fotovoltaico, recolección de energía, Nanotecnología, conversión de energía
