Por primera vez en el mundo, un equipo de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) ha demostrado una generación de energía medible a partir de “lo contrario de una celda solar convencional”. Eventualmente podría producir alrededor de una décima parte de la energía que produce un panel solar, pero de noche.
Los paneles solares, como todos sabemos, absorben la energía de la luz solar y la convierten en electricidad. Para simplificar demasiado, utilizan dos capas de semiconductores de silicio tratadas de manera diferente en lo que se conoce como unión PN. La capa N está dopada con impurezas “donadoras” de electrones adicionales, la capa P está dopada con impurezas “aceptoras” (espacios en los que encajan los electrones) y en el medio hay una “región de agotamiento”, donde esos electrones y receptores de electrones los agujeros más o menos se eliminan unos a otros, creando una barrera que impide que todos los electrones del lado N se difundan directamente hacia el lado P.
Todo lo cual quiere decir que es la energía térmica en los fotones que descienden del cielo lo que inicia el proceso. Pero esto no es sólo un proceso unidireccional. A medida que nuestro planeta gira, la radiación solar calienta la Tierra durante el día, pero la Tierra libera esa energía nuevamente como luz infrarroja en el fresco de la noche. Y es este flujo de fotones infrarrojos en el aire más frío en lo que un grupo de investigadores de la UNSW está trabajando para aprovechar.
El dispositivo del equipo de investigación se llama diodo termorradiativo y básicamente funciona como el inverso de una celda solar, aceptando la energía térmica radiada hacia arriba desde la Tierra (o cualquier otra fuente de calor) hacia un área más fría y convirtiendo el flujo de energía a través de ese diferencial de temperatura en potencial eléctrico. Está construido con algunos de los mismos materiales que se utilizan en las gafas de visión nocturna por infrarrojos.
“Es realmente lo contrario de una celda solar convencional en su funcionalidad”, nos explicó en un correo electrónico el Dr. Michael Nielsen, profesor e investigador de la Escuela de Ingeniería de Energía Fotovoltaica y Renovable de la UNSW. “Pero todavía usa una unión PN de semiconductores como el núcleo del dispositivo (simplemente se ejecuta a la inversa).
“La idea de que termodinámicamente podemos producir energía a través de la emisión de luz en lugar de la absorción puede ser un obstáculo para muchos, pero al igual que una celda solar, lo que finalmente tenemos aquí es un motor térmico, con la diferencia de cambiar el convertidor de energía desde el lado frío (célula solar en la Tierra que absorbe fotones del Sol) hasta el lado caliente (diodo termorradiativo en la Tierra que emite fotones a la frialdad del espacio)”.
“Dondequiera que haya un flujo de energía, podemos convertirlo entre diferentes formas”, explicó el profesor asociado Ned Ekins-Daukes, coautor de la investigación de Nielsen.
Si bien el concepto de “recolectores de energía emisiva” se propuso teóricamente en 2014, este nuevo artículo, publicado en la revista ACS Photonics, marca la primera vez que se demuestra que un diodo termorradiativo produce una cantidad medible de energía.
Cabe señalar que no es mucho poder en esta etapa. Con un diferencial de temperatura de solo 12,5 °C, el equipo logró medir una densidad de potencia eléctrica termorradiativa máxima de 2,26 mW por metro cuadrado, con una eficiencia radiativa estimada del 1,8 por ciento.
“En este momento, la demostración que tenemos con el diodo termorradiativo es de potencia relativamente muy baja”, dijo A/Prof Ekins-Daukes. “Uno de los desafíos fue detectarlo. Pero la teoría dice que es posible que esta tecnología produzca en última instancia alrededor de 1/10 de la potencia de una célula solar”.
De hecho, es posible usar esta tecnología para generar energía a partir de más o menos cualquier cosa que brille cuando la miras a través de una cámara térmica. Eso podría incluir la recolección de energía del calor residual industrial, o potencialmente incluso la creación de dispositivos biónicos que funcionen con el propio calor del cuerpo.
El equipo dice que este es en gran medida un paso inicial, con un largo camino por recorrer en términos de optimización y desarrollo. Espera que el mundo comercial intervenga para financiar e impulsar las próximas etapas. “Creo que para que esta sea una tecnología innovadora, no debemos subestimar la necesidad de que las industrias intervengan y realmente la impulsen”, dijo Ekins-Daukes. “Yo diría que todavía queda alrededor de una década de trabajo de investigación universitaria por hacer aquí. Y luego necesita que la industria lo recoja. Si la industria puede ver que esta es una tecnología valiosa para ellos, entonces el progreso puede ser extremadamente rápido. El milagro de la energía solar actual se debe a investigadores de renombre mundial como el profesor de ciencia Martin Green en la UNSW, pero también a los industriales que han recaudado grandes sumas de dinero para ampliar la fabricación”.
Fuente:
Blain, L. (2022b, mayo 18). Bizarre night-time solar cell generates power in a backwards process. New Atlas. Recuperado 18 de mayo de 2022, de https://newatlas.com/energy/unsw-night-time-solar-thermoradiative/