concentrador luminiscente solar

El principal obstáculo para el uso generalizado de energía solar –además de las nubes y la oscuridad nocturna– es el costo de las celdas de silicio que transforman los rayos solares en electricidad. Para aminorar su costo, se busca la manera de reducir al mínimo el tamaño de los paneles solares en relación con la cantidad de luz que pueden acopiar. A menudo, esto se efectúa usando piezas toscas de equipos denominados rastreadores solares, que inclinan una serie de espejos para enviar enormes cantidades de luz solar a pequeñas celdas de alto rendimiento.

Sin embargo, esos rastreadores son caros de instalar y de operar, y están propensos a sobrecalentar las celdas, lo cual reduce su eficacia y puede dañarlas. Esto, a su vez, significa que las células tienen que ajustarse a sistemas de refrigeración caros.

Una alternativa que se experimenta es el denominado concentrador luminiscente solar (LSC, por sus siglas en inglés). En vez de concentrar los rayos solares en una celda, como lo hace un rastreador solar, un LSC primero los atrapa, sin importar de donde vengan, y los envía a la celda utilizando lo que es conocido como una guía de ondas. Y no implica piezas en movimiento.

Muchos investigadores en el mundo entero trabajan en LSC. El grupo más reciente en presentarse, en un artículo del Science, es dirigido por Michael Currie y Jonathan Mapel, del Instituto Tecnológico de Massachusetts. Sostienen que pueden triplicar la eficacia de esos dispositivos y llevarlos al camino del éxito.

Un LSC estándar está elaborado de una hoja de plástico que contiene moléculas de colorante y se halla estirada dentro de un marco que es, en efecto, una sola, delgada, célula solar. El colorante absorbe la luz entrante del sol, y la emite de nuevo. La luz re-emitida es atrapada dentro de la hoja plástica mediante un proceso denominado reflexión total interna, que la hace rebotar entre las superficies de la hoja sin que pueda escapar, y además la guía hacia la celda solar circunferencial. (Las fibras ópticas funcionan de manera similar.)

Sin embargo, este procedimiento también tiene sus límites. En particular, cierta cantidad de luz es reabsorbida cuando rebota alrededor, y se pierde como calor. Entre más moléculas de colorante hay, más luz se pierde. Pero por otra parte, uno desearía muchas más moléculas de colorante para absorber más luz.

Los doctores Currie y Mapel piensan que han hallado una solución alterna y, con la ventaja de que facilitará la fabricación de LSC. Su respuesta es deshacerse de la hoja de plástico. En lugar de eso, rocían una hoja de cristal con una mezcla de colorantes combinados con una sustancia denominada 8-hidroxiquinolina. En combinación, los colorantes y el cristal actúan como guía de ondas, impidiendo que escape la luz. Mientras tanto, la interacción entre las moléculas de colorantes y las de 8-hidroxiquinolina permite que un fenómeno cuántico mecánico, denominado transferencia de energía Förster, entre en juego. Esto elimina la pérdida por reabsorción al asegurar que la luz se re-emita a una frecuencia que las moléculas de colorante no pueden absorber de nuevo.

Encima de esto –literalmente– los doctores Currie y Mapel han añadido otro truco: colocar un segundo emparedado de colorante y cristal sobre el primero. La capa superior de colorante intercepta luces de alta intensidad, como la ultravioleta. La inferior captura las longitudes de onda más largas que han pasado sin alteración por la superior, y cualquier otra luz de intensidad inferior re-emitida dentro de la capa superior y que de algún modo se escapó. El resultado es un dispositivo que, incluso como prototipo, convierte 10 veces más de luz incidental en electricidad que una celda solar convencional u otro competidor en la cada vez más saturada carrera por sustituir la generación de energía por electricidad derivada del sol.

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