Para convertir la luz solar de la forma más eficiente posible en electricidad u otras formas de energía, 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 captadoras de luz de plantas y bacterias son un modelo para esto. Captan un amplio espectro de luz para la fotosíntesis, pero tienen una estructura muy compleja y requieren muchos pigmentos diferentes para transmitir la energía luminosa 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 requieren capas muy gruesas de silicio en el rango micrométrico, lo que hace que las células solares sean relativamente pesadas y voluminosas.
Los colorantes orgánicos adecuados para las células solares son muy finos: sus capas tienen sólo un espesor de unos 100 nanómetros. Sin embargo, apenas son capaces de absorber un amplio rango espectral y, por lo tanto, no son particularmente eficientes.
La fina capa absorbe mucha energía luminosa.
En la revista investigadores de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania química Ahora presenta un innovador sistema de captación de luz que es significativamente diferente 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 la alta capacidad de absorción de los tintes orgánicos. Como resultado, puede absorber mucha luz en un capa relativamente delgada, similar a un sistema de captación de luz natural”, dice Frank Werthner, 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 con el grupo del profesor Tobias Bruxner del Instituto de Química Física y Teórica.
Cuatro colores en una disposición ingeniosa
En pocas palabras, la innovadora antena captadora de luz de Würzburg consta de cuatro colorantes de mirocianina diferentes que se colocan en capas y, por lo tanto, se unen entre sí. La elaborada disposición de las moléculas permite un transporte de energía extremadamente rápido y eficiente dentro de la antena.
Los investigadores han denominado 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 color de la antena: U para ultravioleta, R para rojo, P para violeta y B para azul.
Rendimiento probado por fluorescencia
Los investigadores demostraron que su novedoso sistema de captación 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 acumulado previamente.
El resultado: el sistema convierte el 38 por ciento de la energía luminosa irradiada en fluorescencia en un amplio rango espectral; los cuatro colores, por el contrario, logran por sí solos desde un mínimo 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.
