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Físicos de tres universidades de Estados Unidos han desarrollado un medio para observar, y potencialmente afinar, la naturaleza de la transferencia de energía de los fotones ligeros a los materiales, una investigación que podría transformar la eficiencia de las células solares fotovoltaicas.

Investigadores de la Universidad de Emory, el Laboratorio Nacional Argonne y la Universidad de Ohio pudieron observar lo que sucedió cuando la energía de los fotones de luz se transfirió a electrones en nanocapas de oro y, según un artículo publicado en Nature Communications, pudieron efectuar transiciones electrónicas en diferentes frecuencias y a través de un proceso físico diferente.

Manoj Manjare, de la Universidad de Emory en Atlanta, organizó un experimento en el que se iluminaron dos ráfagas de luz ultrarrápidas secuenciales en nanocapas de oro ubicadas en diferentes ángulos, informa el sitio web de ciencia EurekAlert!.

“El oro absorbió el primer pulso”, dice el autor principal del artículo, Hayk Harutyunyan, profesor de Física en Emory. “El segundo pulso de luz midió los resultados de esa absorción, mostrando cómo los electrones cambiaron de un estado terrestre a uno excitado. En un cierto ángulo de excitación, pudimos inducir transiciones electrónicas que no eran solo una frecuencia diferente, sino un proceso físico diferente. Pudimos rastrear la evolución de ese proceso a lo largo del tiempo y demostrar por qué y cómo ocurren esas transiciones”.

Harutyunyan y sus coinvestigadores planean continuar perfeccionando sus métodos usando oro, así como experimentar usando otros materiales.

Mientras tanto, un grupo de físicos teóricos de Estados Unidos e Israel, que han cambiado el enfoque convencional sobre el estudio de las interacciones entre la luz y la materia en el plano teórico, podría haber descubierto un avance con enormes implicaciones para la eficiencia de la célula solar fotovoltaica.

El MIT informó que Yaniv Kurmon, de Technion en Haifa, y sus colegas han adoptado un enfoque novedoso para el estudio de la fotónica.

Los colaboradores de Kurmon y el MIT han ideado una forma teórica para frenar el impulso de los fotones de luz por órdenes de magnitud, para alinearlos más de cerca con el impulso de los electrones en los materiales que golpean. Si su teoría resulta corroborada en el plano experimental, podría provocar que las células fotovoltaicas puedan absorber un rango más amplio de longitudes de onda de luz, aumentando a su vez las eficiencias de las células existentes.

El abismo en el momento entre los fotones de movimiento rápido y los electrones materiales es tan vasto que los dos interactúan débilmente, según informó Ido Kaminer, profesor de Física en Technion. La mayoría de las personas que investigan el problema se han centrado en el silicio de baja eficiencia utilizado como semiconductor, dice el profesor Kaminer, pero “este enfoque es muy diferente: estamos intentando cambiar la luz en lugar de cambiar el silicio. La gente diseña la materia en interacciones ligeras, pero no piensan en diseñar el lado luminoso “.

Kurmon y Kaminer -junto con sus colegas de Technion Shai Tsesses y Meir Orenstein y Thomas Christensen del MIT, John Joannopoulos y Marin Soljačić- postulan el uso de un material de varias capas finas de arseniuro de galio y capas de arseniuro de indio y galio recubiertas con grafeno. Los investigadores han conseguido controlar el comportamiento de los fotones que pasan a través de él reduciendo su impulso en un factor de mil, lo cual controla a su vez la frecuencia de las emisiones en un 20-30 %.

Los fotones pueden ser absorbidos por el semiconductor o emitidos por él y los investigadores dicen que la propiedad puede alterarse variando un voltaje aplicado a la capa de grafeno. “Podemos controlar totalmente las propiedades de la luz, no solo medirla”, dijo Kurman.

Además, los científicos afirman que el principio podría aplicarse a ” otros materiales semiconductores”, incluido el silicio, según Kurman, autor principal del estudio sobre los hallazgos, publicado en Nature Photonics.

Otra novedad tecnológica interesante vino la semana pasada del productor israelí de inversores Solaredge, que lanzó una nueva herramienta de configuración de sistemas fotovoltaicos basada en la web. Según informa la empresa, el software de modelado 3-D es fácil de usar, gratuito, y múltiples usuarios pueden acceder a cada proyecto para colaborar con las diferentes partes involucradas en un proyecto.

El programa, llamado “Designer” (Diseñador) tiene acceso vía satélite a los últimos datos, por lo que indica el uso óptimo de los tejados residenciales, de manera que los instaladores pueden hacer proyecciones de salida de potencia mensuales basadas en los datos del satélite y los componentes del sistema que utilizan. Esto se traduce en propuestas más precisas que son económicamente más convincentes, afirma Solaredge.

Además de revisar el posible sombreado y pronosticar la irradiación solar para una inclinación específica del techo en un mes concreto, el sistema también permite a los instaladores probar diferentes combinaciones de componentes, haciendo cálculos de costos para los materiales utilizados. También es posible planificar el cableado de los sistemas con la herramienta, evitando costosos errores de diseño y construcción.

“El software desempeña un papel más importante en la industria fotovoltaica, desde el nivel local de cada sistema residencial hasta el nivel macro de la administración de la red”, afirmó Lior Handelsman, vicepresidente de marketing y estrategia de productos, fundador de SolarEdge. “Con el lanzamiento de nuestro nuevo diseñador fácil de usar, SolarEdge proporcionar un valor añadido a los instaladores a lo largo del proceso fotovoltaico”.