Ahora sabemos cómo exprimir al máximo cada fotón con molibdeno. – La nación
El sol inunda la Tierra con una cantidad inimaginable de energía cada segundo, pero la tecnología humana adolece de un grave problema de miopía a la hora de captarla. Hasta la fecha, las células solares convencionales se han topado con un “límite físico” insuperable que les impide aprovechar la mayor parte de esta luz. Este límite teórico decía que no importa lo que hagamos, un panel tradicional sólo puede utilizar alrededor de un tercio de la luz solar entrante.
Las reglas del juego han cambiado. Un equipo internacional de investigadores ha conseguido hacer lo que hasta hace poco se consideraba imposible: desarrollar un sistema que haga esto una eficiencia de conversión de energía de casi el 130%. En pocas palabras, el nuevo diseño es capaz de producir más energía de la que absorbe fotones (partículas de luz). La clave de este avance de ciencia ficción no es un nuevo plástico exótico, sino un viejo amigo de la industria pesada: el molibdeno.
La carrera de relevos cuánticos. Para comprender la magnitud de este hallazgo hay que echar un vistazo al interior de un panel solar. Según explica la Universidad de Kyushu (Japón).Generar electricidad a partir del sol es como una carrera de relevos microscópica: los fotones chocan contra un material semiconductor, transmiten su energía a los electrones y los ponen en movimiento para generar electricidad.
El problema, según la universidad, es que no todos los “corredores” son iguales. Los fotones infrarrojos tienen muy poca energía para activar electrones, mientras que los fotones de luz azul tienen demasiada energía y el exceso se desperdicia inútilmente en forma de calor. Esta frustrante limitación es lo que la física llama límite. Shockley Queisser.
Salta la pared. Los científicos han recurrido a una “tecnología de ensueño” conocida como fisión singlete (SF). Según el estudio publicado en la revista Revista de la Sociedad Química Estadounidense (JACS)Mediante la fisión singlete, un único fotón de alta energía puede “dividirse” en dos paquetes de energía más pequeños (excitones). Es como comprar un billete de lotería y ganar dos premios.
“Tenemos dos estrategias principales para superar este límite”, explica Yoichi Sasaki, profesor asociado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Kyushu. “Una es utilizar la fisión singlete para crear dos excitones a partir de un solo fotón”.
Pero había un problema. Sasaki señala que, en condiciones normales, esta energía extra es inmediatamente “robada” por un mecanismo parásito llamado transferencia de energía por resonancia de Förster (FRET). El premio desapareció antes de que pudieran recogerlo.
Aquí es donde entra en juego el héroe de la historia. Como se detalla en la investigación de JACSLos científicos han diseñado un complejo metálico a base de molibdeno que actúa como un emisor “giratorio”. Al absorber luz, un electrón de este material de molibdeno cambia su espín, lo que le permite capturar selectivamente la energía multiplicada y bloquear al “ladrón” (FRET). Por primera vez, el molibdeno consigue recoger de forma eficiente el doble de energía.
El papel del molibdeno. Históricamente, el molibdeno era valorado como un metal con un punto de fusión extremadamente alto. El molibdeno tiene uno. fusión brutal de 2620°Cbaja expansión térmica y excelente conductividad eléctrica y térmica. Estas propiedades ahora lo hacen esencial para fabricar crisoles que resistan el vidrio fundido, placas base para semiconductores y componentes electrónicos de potencia que necesitan disipar el calor de manera confiable.
La misma estabilidad dimensional y conductividad térmica han permitido refinar sus propiedades químicas a nivel molecular para el “spin flip”. Sin embargo, como advierte la Universidad de Kyushuestamos ante una prueba de concepto. El impresionante rendimiento del 130 % se logró en un laboratorio combinando el complejo de molibdeno con materiales a base de tetraceno en una solución líquida. El próximo gran desafío técnico será convertir esta solución de estado líquido a sólido.
Un salto cuántico, dominado juntos. Este hito se logró en colaboración con la Universidad Johannes Gutenberg (JGU) en Alemania. Fue el investigador Adrián Sauer que combinó estudios alemanes sobre molibdeno con los esfuerzos del equipo japonés. La sinergia fue rotunda: el estudio JACS certifica rendimientos cuánticos entre el 112% y un asombroso 132%, logrando activar una media de 1,3 complejos de molibdeno por cada fotón absorbido.
Pero la onda expansiva de este descubrimiento va más allá de los paneles solares. Tanto JACS como la Universidad de Kyushu enfatizan que dominar esta recolección de energía allana el camino hacia diodos emisores de luz (LED) de alta eficiencia y promete revolucionar herramientas importantes para la espintrónica y la emergente industria cuántica.
El fin de la manta física. El límite del 100 por ciento de eficiencia en la captura de la luz solar ha sido un dogma irrefutable en la física de materiales durante décadas. Hoy sabemos que no era un muro, sino una puerta cerrada con llave que sólo necesitaba la llave adecuada.
Es fascinante ver cómo esta llave estaba escondida en molibdeno, un elemento de protección industrial antiguo forjado a altas temperaturas y conocido por su extrema durabilidad. Al combinar la fuerza centenaria de la química de los metales de transición con los últimos avances en fisión singlete, la ciencia ha demostrado que todavía estamos lejos del límite en nuestra carrera por explotar cada fotón que nos brinda el Sol.
Imagen | freepik Y Juan Chapman
Xataka | Occidente dejó de construir centrales nucleares porque eran demasiado caras: China le está dando una lección
