¿Aprovechar las fluctuaciones cuánticas podría dar como resultado paneles solares más eficientes?

Si los científicos están en lo cierto, el mundo puede estar al borde de una crisis climática. Siendo ese el caso, se debe hacer algo más temprano que tarde para abordar el problema. Para muchos, el fruto más fácil de luchar contra el cambio climático sigue siendo una transición que nos aleja de nuestra dependencia de los combustibles fósiles como fuente de energía hacia opciones más sostenibles como la hidráulica, la eólica, la geotérmica y la solar. Sin embargo, para que esto realmente ocurra, se debe hacer un esfuerzo concertado para avanzar en la tecnología detrás de estas alternativas. Afortunadamente, los investigadores ya están trabajando arduamente, con múltiples resultados recientes. estudios apuntando a un futuro brillante para las células fotovoltaicas, que hacen posible la recolección de energía solar.

Resonadores de pajarita

Uno de los estudios antes mencionados ha delineado con éxito un futuro en el que, basándose en fluctuaciones cuánticas, los "resonadores de pajarita" podrían potencialmente autofabricarse.

Los resonadores Bowtie son un tipo de estructura diseñada para usarse dentro de células fotovoltaicas de próxima generación, construidas con el objetivo de atrapar la luz dentro de un vacío cerrado. El propósito de esto es maximizar el tiempo de contacto entre la luz atrapada y cualquier medio que se esté utilizando para transferir/capturar energía. Curiosamente, los resonadores de pajarita reciben su nombre debido a que su forma se asemeja a la de una pajarita.

Normalmente, en ausencia de fugas, cuanto más pequeño sea el resonador, más eficaz será para atrapar 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 se han maximizado. Aquí es donde entra en juego el estudio, que buscó aprovechar las fluctuaciones cuánticas que resultan en las fuerzas fundamentales conocidas como

• efecto casimiro
• las fuerzas de van der Waals

El propósito de esto era esencialmente guiar la fabricación propia de un resonador mucho más pequeño de lo que es posible actualmente 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-van der Waals para el "autoensamblaje determinista" de nanoestructuras de silicio suspendidas y la creación exitosa de un vacío resonador nanoscópico.

En pocas palabras, en lugar de intentar construir un resonador a una escala tan pequeña, el equipo construyó dos mitades y se basó en fluctuaciones cuánticas para "fusionarlas" cuando se colocaron muy cerca una de otra. El documento indica que “Por el contrario, la tecnología de semiconductores planos ha tenido un impacto tecnológico inmenso debido a su escalabilidad inherente, pero parece incapaz de alcanzar las dimensiones atómicas que permite el autoensamblaje”.

¿Qué significa eso?

Las implicaciones de esta tecnología son de gran alcance y tienen aplicaciones potenciales en diversos campos. El profundiza sobre esto, afirmando lo siguiente.

“Si bien nuestro trabajo muestra el autoensamblaje de cavidades fotónicas con un confinamiento de entre pocos y subnanometros, nuestro método puede aplicarse en un campo mucho más amplio de investigación y tecnología, por ejemplo, secuenciación de nanoporos de estado sólido, electrodos de túneles cuánticos de nanogap o Máscaras de sombras de altísima calidad para dispositivos electrónicos cuánticos superconductores.

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

La cavidad acoplada a guía de ondas autoensamblada es particularmente interesante con respecto a la interacción mejorada entre la luz y la materia, lo que podría permitir el funcionamiento de dispositivos a niveles de fotón único y facilitar nuevos niveles de eficiencia que aún no se han visto en las células fotovoltaicas.

Células fotovoltaicas de contacto posterior

En particular, este no es el único avance que podría cambiar las reglas del juego en las últimas semanas en torno a las células fotovoltaicas. Investigadores de la Universidad de Ottawa (U of O) fabricaron con éxito el “…primeras células fotovoltaicas micrométricas de contacto posterior'.

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

Básicamente, se trata de una nueva técnica de fabricación que reduce en gran medida el "efecto de sombra" en una célula fotovoltaica al reposicionar los contactos eléctricos en su parte posterior. Esto significa que el medio de recolección de energía utilizado puede presumir de una mayor superficie con la que la luz capturada puede interactuar. Este enfoque también permite una miniaturización significativa de las células. Todo lo cual significa mayor eficiencia y rentabilidad.

Aplicaciones alternativas

Curiosamente, estos avances discutidos son importantes para algo más que aprovechar la energía solar. También podrían señalar un camino a seguir 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 fabricación propia abrirían un nuevo ámbito de posibilidades en la ciencia de los materiales que afectaría profundamente a casi todas las industrias. Esto significa materiales de construcción más ligeros y resistentes, dispositivos electrónicos miniaturizados, medicamentos más eficaces, entregas selectivas de medicamentos y más.

La conclusión es que algún día la nanotecnología puede transformar fundamentalmente estas industrias, convirtiéndolas en un área particularmente cautivadora y prometedora de exploración científica y tecnológica. Sin embargo, es importante reconocer que un resonador tipo pajarita dirigido y de fabricación propia está a sólo un paso de un maratón.

Jugadores de la industria

Si bien pueden pasar algunos años antes de que veamos resonadores de pajarita autoensamblables y celdas de contacto posterior utilizadas en aplicaciones del mundo real, estos son los tipos de avances innovadores que serán necesarios si esperamos evitar, o al menos mitigar, el potencial crisis climática a la que ya nos enfrentamos. Teniendo esto en cuenta, las siguientes son algunas empresas que cotizan en bolsa y que están muy involucradas en el crecimiento de la industria solar y la tecnología que la hace posible.

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

1. Recursos de energía NextEra

NextEra Energy, Inc. (NEE -0.45%)

NextEra Energy 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 universal eólica y solar 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

Primero Solar, Inc. (FSLR + 2.65%)

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

3. Tecnologías SolarEdge

Tecnologías SolarEdge, Inc. (SEDG + 2.89%)

SolarEdge Technologies es un líder mundial en tecnología de energía inteligente. Ofrece soluciones para energía fotovoltaica, almacenamiento, carga de vehículos eléctricos, baterías, suministro de energía ininterrumpida y servicios de red. La empresa es conocida por su solución de inversor optimizado para CC SolarEdge, que maximiza la generación de energía y al mismo tiempo reduce el coste de la energía producida por los sistemas fotovoltaicos.

Conclusión

Los avances en la tecnología fotovoltaica, en particular el desarrollo de resonadores de pajarita autoensamblables y células fotovoltaicas de contacto posterior, marcan un paso significativo para abordar los desafíos urgentes del cambio climático. Estas innovaciones representan más que un 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 hacia los combustibles fósiles. Este progreso en la tecnología solar no sólo se alinea con los objetivos ambientales sino que también subraya el potencial de la energía renovable para convertirse en una fuente de energía práctica y dominante en el futuro cercano.