Nanocables que generan su propia electricidad

El diseño de nanoestructuras coaxiales genera células solares potentes y estables.

Las nanoestructuras y los materiales nanoestructurados son de un interés clave para algunos diseñadores de células solares, porque proporcionan materiales de próxima generación para los paneles solares comerciales como energía a dispositivos nanoeléctricos. En un salto adelante en la tecnología de energía nanométrica, los investigadores de la Universidad de Harvard han construido un nanocable en capas de silicio coaxial que puede absorber directamente la luz y convertirla en electricidad, así como dar energía a un dispositivo nanoelectrónico.

Uso de nanocables coaxiales en un dispositivo fotovoltaico, las capas exteriores están grabadas para exponer el núcleo p, donde se fijan los contactos de emtal mediante patrones litográficos

Una aproximación estándar a la fabricación de células solares de silicio amorfo implica el ensamblaje de diodos “p-i-n”, en el cual el silicio intrínseco, o sin dopar, está entre dos capas de materiales de tipo p y de tipo n, los cuales acomodan a los portadores de carga positiva y negativa, respectivamente. Las capas configuran un campo eléctrico entre el lado p y el lado n, con el componente intrínseco actuando como resistencia. La luz genera electrones y huecos en la región intrínseca; los huecos y los electrones se separan entonces en las capas p y n.

Los investigadores de Harvard, liderados por el profesor de química Charles M. Lieber, usaron diodos p-i-n y los redujeron a nanoescala creando un nanocable coaxial en capas (Nature 2007, 449, 885). Primero, crearon un núcleo de silicio dopado con B2H6 como material de tipo p. Entonces añadieron silicio puro como capa intrínseca, seguido de una tercera capa de silicio con el dopante n, PH3. Finalmente, cubrieron el cable con SiO2 como máscara protectora.

Aunque el núcleo de tipo p es un cristal único, las otras capas son todas nanocristalinas. Las estructuras nanocristalinas parecen ser la clave para la absorción de cinco a diez veces más luz que un cable compuesto por materiales de cristal único, dice Lieber.

Otras aproximaciones nanotecnológicas a las células solares han sido obstaculizadas por la necesidad de aditivos, los cuales a menudo se volvían inestables. Por ejemplo, los nanocables de ZnO deben ser cubiertos con moléculas colorantes para cosechar luz, o los nanocristales de CdSe que deben doblarse con polímeros conductores. Además, la eficiencia a la cual los fotones solares son convertidos en electricidad por las células solares nanoestructuradas está rondando el 2%, mientras que las actuales células solares comerciales de silicio tienen entre un 12 y un 18%. Aunque los nanocables coaxiales no mostraron un gran aumento en la eficiencia comparado con los dispositivos nanométricos anteriores, con un rango entre el 2,3 al 3,4%, sí mostraron una mayor estabilidad, especialmente bajo luz intensa de hasta 8000 W/m2, u 8 soles equivalentes. Variando el grosor de la capa intrínseca se puede ajustar la eficiencia, dice Lieber. Los dispositivos de nanocable coaxial también producen densidades de corriente comparables a las de las células solares comerciales de silicio.

Un nanocable coaxial tiene un núcleo de tipo p de cristal único (rosa) rodeado por capas de intrínseco nanocristalino (amarillo) y de tipo n (azul) y recubierto con SiO2 (verde), tal y como se muestra en este micrográfico en color artificial

Lo más importante es que el grupo fue capaz de conectar el nanocable a un dispositivo nanoelectrónico, un sensor de pH fabricado modificando un nanocable de óxido de silicio con 3-aminopropiltrietoxisilano (C&EN, Aug. 20, 2001, page 34). Bajo 8 soles equivalentes, el nanocable fotovoltaico dio energía con éxito al sensor de pH, el cual mostró cambios reversible en voltaje conforme variaba la solución del pH.

El trabajo “fusiona una idea antigua de la conversión energía solar-energía eléctrica con la síntesis de nanocables y métodos de manipulación, y abre nuevas posibilidades tecnológicas en el desarrollo de células solares y fuentes de energía para los dispositivos nanoelectrónicos integrados”, dice Eray Aydil, profesor de ingeniería química y ciencias de los materiales en la Universidad de Minnesota. “No hay duda de que es un avance significativo”.

Phaedon Avouris, director de ciencia y tecnología a escala nanométrica en IBM está de acuerdo. Apunta en particular que otras aproximaciones a nanoescala para dar energía a la nanoelectrónica producen electricidad sólo en el rango de los femtovatios, mientras que el grupo de Lieber alcanzó los nanovatios. “Es una fuente de energía más realista” para dispositivos nanoelectrónicos, dice.


Autor: Jyllian Kemsley
Fecha Original: 22 de octubre de 2007
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  1. [...] Nanocables que generan su propia electricidadwww.cienciakanija.com/2007/10/23/nanocables-que-generan-su-p… por FunFrock hace pocos segundos [...]

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