Energía solar de próxima generación: Investigadores japoneses logran un gran avance en BPVE
En una célula solar convencional, dos capas semiconductoras con diferente dopaje forman una unión p-n. En su interfaz se desarrolla un campo eléctrico interno. Cuando la luz incide sobre la célula, genera electrones y sus homólogos cargados positivamente. El campo eléctrico los impulsa rápidamente en direcciones opuestas, creando un flujo de corriente. Sin embargo, este diseño fundamental viene con un límite físico incorporado para el voltaje y la eficiencia - conocido como el límite Shockley-Queisser. En términos prácticos, incluso en condiciones ideales de luz solar, sólo alrededor de un tercio de la energía de la luz puede convertirse en electricidad.
Aquí es donde el efecto fotovoltaico a granel https://en.wikipedia.org/wiki/Anomalous_photovoltaic_effect (BPVE) entra en juego. A diferencia de las células solares tradicionales, no depende de una unión p-n ni de un campo eléctrico interno. En su lugar, aprovecha la estructura atómica única de ciertos cristales que carecen de simetría especular. El efecto surge cuando se rompen dos simetrías simultáneamente: En primer lugar, la simetría especular espacial debe estar ausente, lo que permite que la disposición atómica asimétrica empuje a los electrones preferentemente en una dirección cuando se exponen a la luz. En segundo lugar, la simetría de inversión temporal debe romperse por un material magnético, de modo que los movimientos hacia delante y hacia atrás de los electrones dejen de ser equivalentes. Cuando se cumplen ambas condiciones, la luz por sí sola puede generar una corriente, sin unión y más allá del límite de Shockley-Queisser.
Investigadores de Kioto logran un gran avance en BPVE: células solares controlables mediante magnetismo
Un equipo de investigadores de la Universidad de Kioto, dirigido por el físico Kazunari Matsuda, ha desarrollado por primera vez una célula solar sin una unión p-n convencional, en la que se cumplen simultáneamente ambas condiciones críticas:
- Una capa de semiconductor única y atómicamente fina garantiza que el material carezca de simetría especular.
- Un cristal magnético subyacente rompe además la simetría de inversión temporal.
La Universidad de Kioto anunció el avance el 24 de junio. Esto permite que el efecto fotovoltaico a granel (BPVE) se desarrolle plenamente: la luz impulsa directamente a los electrones en una dirección, generando corriente sin necesidad de un campo eléctrico interno. El cristal magnético funciona como un mando de control finamente ajustable: la aplicación de un campo magnético externo puede activar o desactivar la corriente, o modular su intensidad. En teoría, las células solares basadas en el BPVE podrían aprovechar más energía de la luz solar y, al mismo tiempo, ser ultrafinas, flexibles e incluso sintonizables mediante campos magnéticos.
El estudio de ocho páginas, publicado en Nature Communicationsestá disponible gratuitamente en línea. Aunque la Universidad de Kioto no ha facilitado un calendario para su comercialización, la tecnología sigue estando en las primeras fases de desarrollo. Aún así, existen aplicaciones potenciales que podrían surgir en un futuro próximo, no sólo en la generación de energía, sino también en la tecnología de sensores. Por ejemplo, las películas ultrafinas de BPVE podrían servir como "minicentrales eléctricas" autoalimentadas en etiquetas, wearables o dispositivos de control medioambiental. Estas películas no sólo alimentarían sensores de temperatura, humedad o movimiento; su capacidad de sintonización magnética también podría permitir la detección de la intensidad de la luz, los campos magnéticos e incluso la polarización de la luz, todo ello dentro de una única capa casi invisible.
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