Investigadores del MIT diseñan material que absorbe ‘perfectamente’ la luz solar

Esta reproducción muestra un cristal metálico dieléctrico fotónico que almacena energía solar en forma de calor. (Crédito: Jeffrey Chou)

Esta reproducción muestra un cristal metálico dieléctrico fotónico que almacena energía solar en forma de calor. (Crédito: Jeffrey Chou)

Investigadores del MIT dicen que han desarrollado un material que se acerca el ‘ideal’ de convertir energía solar en calor (para convertirse en electricidad).

El material absorbe virtualmente todas las longitudes de onda de luz que llegan a la superficie terrestre procedentes del sol –menos la porción infrarroja más alta del espectro solar, ya que se incrementaría la energía que es radiada por el material ocasionando pérdidas en el proceso de conversión.

El material es un cristal dieléctrico fotónico bidimensional que proporciona beneficios adicionales al absorber la luz solar desde una multitud de ángulos y soportando temperaturas muy altas. Puede también producirse en grandes cantidades a bajo costo.

La creación de este material es descrita en un ensayo publicado esta semana en la revista Advanced Materials, por los autores Jeffrey Chou, Marin Soljacic, Nicholas Fang, Evelyn Wang, y Sang-Gook Kim, entre otros.

Absorción óptima de longitudes de onda

El material funciona como parte de un dispositivo solar termofotovoltaico (STPV): la energía solar es primeramente convertida en calor, lo que ocasiona que el material brille, emitiendo una luz que puede a su vez convertirse en corriente eléctrica.

La mayoría de la energía solar llega a nosotros a través de rangos de longitud de onda específicos, explica Chou, lo que va desde la luz ultravioleta, la luz visible y muy cercano al infrarrojo.

“Este es un rango muy específico de luz que debes absorber”, dijo. “Construimos esta estructura y notamos que tiene propiedades excelentes de absorción, exactamente lo que buscábamos”.

Adicionalmente, las características de absorción pueden controlarse con gran precisión: el material está conformado de una colección de nanocavidades y “puede ajustarse la absorción con sólo cambiar el tamaño de esas nanocavidades”, dijo Chou.

El material también encaja apropiadamente con la tecnología de fabricación actual. “Este es el primer dispositivo de este tipo que puede fabricarse con un método basado en las tecnologías existentes”. Demostración anteriores de laboratorio de sistemas similares pudieron producir sólo algunos dispositivos con substratos de metal de alto costo, por lo que no eran candidatos ideales para una producción a gran escala.

El nuevo material soporta temperaturas mayores a 1,000 grados centígrados por un periodo de 24 horas sin observarse degradación severa.

Y debido al hecho que el nuevo material absorbe eficientemente la luz solar desde una amplia variedad de ángulos, Chou indica que “no se requiere seguimiento solar”, lo cual incrementaría la complejidad y el costo de un sistema de este tipo.

“Este es el primer dispositivo que hace todo esto al mismo tiempo”, dijo Chou. “Tiene todo lo que idealmente requerimos”.

El grupo investigador trabaja ya en optimizar el sistema con metales alternativos. Chou cree que el sistema podría estar desarrollado en un producto comercial viable en no más de cinco años.

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