¿Podría el aprovechamiento de las fluctuaciones cuánticas resultar en paneles solares más eficientes?

Si los científicos tienen razón, el mundo podría estar al borde de una crisis climática.  Con eso, algo debe hacerse antes que después para abordar el problema.  Para muchos, la solución más fácil para combatir el cambio climático sigue siendo la transición de nuestra dependencia de los combustibles fósiles como fuente de energía hacia opciones más sostenibles como la hidroeléctrica, eólica, geotérmica y solar.  Sin embargo, para que esto ocurra realmente, se necesita un esfuerzo concertado para avanzar la tecnología detrás de estas alternativas.  Afortunadamente, los investigadores ya están trabajando arduamente, y varios estudios recientes apuntan a un futuro prometedor para las celdas fotovoltaicas, que hacen posible la captura de energía solar.

Resonadores de Corbata

Uno de estos estudios mencionados ha descrito con éxito un futuro en el que, mediante la dependencia de fluctuaciones cuánticas, los “resonadores de corbata” pueden potencialmente autofabricarse.

Los resonadores de corbata son un tipo de estructura que se utilizará en las celdas fotovoltaicas de próxima generación, construidos con el objetivo de atrapar la luz dentro de un vacío cerrado.  El propósito es maximizar el tiempo de contacto entre la luz atrapada y el medio que se utiliza para transferir/capturar energía.  Curiosamente, los resonadores de corbata reciben su nombre debido a que su forma se asemeja a la de una corbata.

Normalmente, en ausencia de fugas, cuanto más pequeño es el resonador, más efectivo es atrapando la luz, lo que conduce a una mayor eficiencia y captura de energía.  Desafortunadamente, hemos llegado a un punto en el que las técnicas de fabricación tradicionales casi han alcanzado su máximo.  Aquí es donde entra el estudio, que buscó aprovechar las fluctuaciones cuánticas que dan lugar a las fuerzas fundamentales conocidas como el,

• Efecto Casimir
• Fuerzas de Van der Waals

El objetivo de esto era esencialmente guiar la autofabricación de un resonador mucho más pequeño de lo que actualmente es posible a escala.  El resultado fue un avance significativo y exitoso en la fabricación de dispositivos semiconductores, ya que el equipo pudo aprovechar las fuerzas de Casimir y Van der Waals para una “autoensamblaje determinista” de nanoestructuras de silicio suspendidas y la creación exitosa de un vacío resonador nanoscópico.

En términos simples, en lugar de intentar construir un resonador a esa escala diminuta, el equipo construyó dos mitades y confió en las fluctuaciones cuánticas para “fusionarlas” cuando se colocaron en una proximidad extremadamente cercana.  El artículo indica que “Por el contrario, la tecnología de semiconductores plana ha tenido un inmenso impacto tecnológico, gracias a su escalabilidad inherente, pero parece incapaz de alcanzar las dimensiones atómicas habilitadas por el autoensamblaje.”

¿Qué Significa?

Las implicaciones de esta tecnología son de gran alcance, con aplicaciones potenciales en varios campos.  El artículo elabora sobre esto, indicando lo siguiente.

“Mientras nuestro trabajo muestra el autoensamblaje de cavidades fotónicas con confinamiento de pocos a subnanómetros, nuestro método podría aplicarse en un campo de investigación y tecnología mucho más amplio, por ejemplo, secuenciación de nanoporos de estado sólido, electrodos de túnel cuántico de nanogap o máscaras de sombra de ultra alta calidad para dispositivos electrónicos cuánticos superconductores.

Más en general, nuestro trabajo abre perspectivas para explorar nuevos regímenes de fotónica, electrónica y mecánica a escalas atómicas, al mismo tiempo que permite una integración escalable y autoalineada con arquitecturas de chips a gran escala.”

La cavidad acoplada a guía de ondas autoensamblada es particularmente interesante en cuanto a la interacción luz‑materia mejorada, lo que potencialmente permite el funcionamiento de dispositivos a niveles de fotón único y facilita nuevos niveles de eficiencia aún no vistos en las celdas fotovoltaicas.

Celdas Fotovoltaicas de Contacto Trasero

Cabe destacar que este no es el único avance potencialmente revolucionario en las últimas semanas en torno a las celdas fotovoltaicas.  Investigadores de la Universidad de Ottawa (U of O) fabricaron con éxito los “…primeras celdas fotovoltaicas micrométricas de contacto trasero”.

Fuente: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015

Esencialmente, se trata de una técnica de fabricación novedosa que reduce enormemente el “efecto de sombra” en una celda fotovoltaica al reubicar los contactos eléctricos en su parte trasera.  Esto significa que el medio de captura de energía utilizado puede contar con una mayor superficie, con la cual la luz capturada puede interactuar.  Este enfoque también permite una miniaturización significativa de las celdas.  Todo ello se traduce en mayor eficiencia y rentabilidad.

Aplicaciones Alternativas

Curiosamente, estos avances discutidos son importantes para algo más que la captura de energía solar.  También podrían señalar un camino futuro para la nanotecnología en general al demostrar la viabilidad de aprovechar las fluctuaciones cuánticas y fuerzas fundamentales como el efecto Casimir y las fuerzas de Van der Waals.

Los materiales de autofabricación dirigida abrirían un nuevo ámbito de posibilidades en la ciencia de materiales que afectaría profundamente a casi todas las industrias.  Esto implica materiales de construcción más ligeros y resistentes, electrónica miniaturizada, medicamentos más eficaces, entregas de fármacos dirigidas y más.

En conclusión, la nanotecnología podría algún día transformar fundamentalmente estas industrias, convirtiéndola en un área particularmente cautivadora y prometedora de exploración científica y tecnológica.  Sin embargo, es importante reconocer que un resonador de corbata autofabricado y dirigido es solo un paso dentro de una maratón.

Actores de la Industria

Aunque pueden pasar algunos años antes de que veamos resonadores de corbata autoensamblados y celdas de contacto trasero utilizados en aplicaciones del mundo real, estos son los tipos de avances innovadores que se necesitarán si esperamos evitar, o al menos mitigar, la potencial crisis climática que ya enfrentamos.  Con eso en mente, a continuación se presentan algunas empresas cotizadas en bolsa que están fuertemente involucradas en el crecimiento de la industria solar y la tecnología que lo hace posible.

*Las cifras proporcionadas a continuación eran precisas al momento de escribir y están sujetas a cambios. Cualquier inversor potencial debe verificar las métricas*

1. NextEra Energy Resources

NEE Gráfico de precios

NextEra Energy (NEE ) Resources es la principal empresa de energía limpia de América del Norte, líder en producción de energía eólica y solar.  Desarrolla, construye y opera proyectos de energía eléctrica, incluidos más de 150 centros de energía eólica y solar universales en 26 estados de EE. UU. y cuatro provincias de Canadá, generando más de 17 000 megavatios de energía eólica y solar

2.  First Solar

FSLR Gráfico de precios

First Solar (FSLR ) diseña y fabrica sistemas de energía solar y módulos solares utilizando tecnología de semiconductor de película delgada.  También ofrece servicios de apoyo como financiación, construcción, mantenimiento y reciclaje de paneles al final de su vida útil

3. SolarEdge Technologies

SEDG Gráfico de precios

SolarEdge Technologies (SEDG ) es un líder global en tecnología de energía inteligente. Ofrece soluciones para fotovoltaica, almacenamiento, carga de vehículos eléctricos, baterías, suministro ininterrumpido de energía y servicios de red. La empresa es conocida por su solución de inversor optimizado en corriente continua SolarEdge, que maximiza la generación de energía mientras reduce el costo de la energía producida por los sistemas fotovoltaicos

Conclusiones Finales

Los avances en la tecnología fotovoltaica, particularmente el desarrollo de resonadores de corbata autoensamblados y celdas fotovoltaicas de contacto trasero, representan un paso significativo en la lucha contra los urgentes desafíos del cambio climático.  Estas innovaciones representan más que progreso científico; son pasos críticos hacia la realización de un futuro energético sostenible.

A medida que estas tecnologías se acercan a una adopción generalizada, prometen hacer que la energía solar sea más eficiente, rentable y accesible, acelerando así la transición lejos de los combustibles fósiles.  Este progreso en la tecnología solar no solo se alinea con los objetivos medioambientales, sino que también subraya el potencial de la energía renovable para convertirse en una fuente de energía dominante y práctica en un futuro próximo.