Nanotecnología para aprovechar la luz infrarroja

La plasmónica es un campo de investigación fascinante y en rápida evolución. En particular, es interesante la resonancia plasmónica superficial localizada (LSPR) que se observa en los NC de metales nobles, la cual da lugar a una fuerte dispersión de la luz y la intensificación de la interacción luz-materia. No obstante, en dichos casos, la LSPR se limita a las longitudes de onda visibles.

Estudios recientes mostraron que los NC semiconductores con un contenido reducido de cobre presentan un efecto de LSPR intenso en el rango del infrarrojo próximo del espectro electromagnético. Este hallazgo fascinante permite desplazar los picos hacia longitudes de onda mayores comparadas con las visibles y, por este motivo, los materiales semiconductores pueden ser transparentes cerca de las longitudes de onda donde se produce la LSPR.

Sobre la base de estos hechos, el proyecto «Near-infrared semiconductor plasmonic nanocrystals for enhanced photovoltaics» (NIRPLANA), financiado por la Unión Europea, se centró en sintetizar e incorporar NC plasmónicos en celdas fotovoltaicas en forma de láminas delgadas. Los avances del proyecto deberían allanar el camino hacia la fabricación de celdas solares capaces de captar la radiación infrarroja que se ignora en la mayoría de las celdas.

Los científicos desarrollaron distintos materiales en NC plasmónicos. Entre ellos, la covelita fue el candidato más prometedor para las aplicaciones fotovoltaicas. El control sobre el grosor y el diámetro permitió ajustar la amplitud de la LSPR, que era elevada en longitudes de onda alrededor de una micra.

También se sintetizaron tres materiales distintos para la capa absorbente. Se demostró que el borde de absorción de los NC de sulfuro de plomo eran parecidas a la amplitud de la LSPR de los NC de covelita. Para el teluro de cadmio es necesario desarrollar NC plasmónicos más adecuados.

Los científicos sustituyeron los ligandos orgánicos enlazados en cadenas largas adheridos a la superficie de los NC durante la síntesis por ligandos más cortos con el fin de lograr un transporte de carga eficaz por toda la celda solar. Además, establecieron un método adecuado para preparar láminas delgadas como puntos cuánticos con ligandos de sulfuros inorgánicos para integrarlas en celdas solares de puntos cuánticos. Se desarrolló un procedimiento para preparar celdas solares en aire con NC de sulfuro de plomo, con eficiencias de conversión de alrededor del 0,5 %.

Los hallazgos del proyecto pueden inspirar nuevas direcciones en la síntesis, el procesamiento y las aplicaciones de los NC para captar energía solar. Si pudiesen capturar un espectro más amplio de luz, las celdas solares de NC podrían ofrecer una alternativa viable de bajo coste a las tecnologías de celdas solares actuales.