Para convertir la luz solar en electricidad u otras formas de energía de la forma más eficiente posible, el primer paso es un sistema eficiente de captación de luz. Lo ideal sería que fuera pancromático, es decir, que absorbiera todo el espectro de luz visible.
Las antenas de plantas y bacterias que recogen la luz son un modelo para ello. Captan un amplio espectro de luz para la fotosíntesis, pero tienen una estructura muy compleja y requieren muchos tintes diferentes para transmitir la energía de la luz absorbida y enfocarla en un punto central.
Los sistemas de captación de luz desarrollados por el hombre hasta la fecha también tienen desventajas:
Aunque los semiconductores inorgánicos como el silicio son pancromáticos, sólo absorben débilmente la luz. Para absorber suficiente energía luminosa, se necesitan capas muy gruesas de silicio del orden de los micrometros, lo que hace que las células solares sean relativamente voluminosas y pesadas.
Los colorantes orgánicos adecuados para las células solares son mucho más finos: el espesor de su capa es de sólo unos 100 nanómetros. Sin embargo, apenas son capaces de absorber un amplio rango espectral y, por lo tanto, no son particularmente eficientes.
La capa delgada absorbe mucha energía luminosa
Investigadores de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, en la revista química Ahora han presentado un innovador sistema de captación de luz que se diferencia significativamente de los sistemas anteriores.
«Nuestro sistema tiene una estructura de bandas similar a la de los semiconductores inorgánicos. Esto significa que absorbe la luz pancromáticamente en todo el rango visible. Y utiliza los altos coeficientes de absorción de los colorantes orgánicos. Como resultado, puede absorber una gran cantidad de luz energía en una capa relativamente delgada, similar a los sistemas de captación de luz natural», afirma Frank Würthner, profesor de química de la JMU. Su equipo del Instituto de Química Orgánica/Centro de Química de Nanosistemas diseñó el sistema de captación de luz en JMU y lo investigó junto con el grupo del profesor Tobias Brixner del Instituto de Química Física y Teórica.
Cuatro tintes en un ingenioso arreglo
En pocas palabras, la innovadora antena captadora de luz de Würzburg consta de cuatro tintes de merocianina diferentes que se pliegan y, por lo tanto, se apilan muy juntos. La elaborada disposición de las moléculas permite un transporte de energía ultrarrápido y eficiente dentro de la antena.
Los investigadores denominaron URPB al prototipo del nuevo sistema de captación de luz. Las letras representan las longitudes de onda de luz que son absorbidas por los cuatro componentes de tinte de la antena: U para ultravioleta, R para rojo, P para violeta, B para azul.
Rendimiento probado mediante fluorescencia
Los investigadores han demostrado que su novedoso sistema colector de luz funciona muy bien midiendo el llamado rendimiento cuántico de fluorescencia. Se trata de medir cuánta energía emite el sistema en forma de fluorescencia. Esto permite sacar conclusiones sobre la cantidad de energía luminosa que ha recogido previamente.
El resultado: el sistema convierte en fluorescencia el 38 por ciento de la energía luminosa irradiada en un amplio rango espectral; los cuatro colorantes por sí solos consiguen menos del uno por ciento hasta un máximo del tres por ciento. Por lo tanto, la combinación correcta y la hábil disposición espacial de las moléculas de tinte en la pila marcan una gran diferencia.
