Una nueva lente óptica recolecta y concentra la luz dispersada desde múltiples direcciones sin ningún componente móvil, lo que genera esperanzas de que podría ayudar a que las futuras células solares sean más eficientes. Diseñada por Nina Vaidya y Olav Solgaard en la Universidad de Stanford, EE. UU., la lente se basa únicamente en los índices de refracción crecientes de las sucesivas capas de vidrio para redirigir la luz. El éxito de un prototipo sugiere que podría usarse como una superficie apta para mosaicos en paneles solares.
Para mejorar la eficiencia de las células solares, muchos investigadores están trabajando en técnicas para concentrar la luz solar entrante en áreas más pequeñas. Esto se puede hacer utilizando una amplia gama de configuraciones ópticas avanzadas, pero para una eficiencia óptima, estos dispositivos deben moverse para mirar hacia el Sol en todo momento, lo que requiere sistemas de seguimiento costosos y complejos.
Como alternativa, Vaidya y Solgaard diseñaron una lente que recoge la luz solar dispersa de forma pasiva, en una amplia gama de ángulos incidentes, y la concentra en un solo punto. Apodado como Axially Graded Index Lens (AGILE) por sus diseñadores, el dispositivo tiene la forma de una pirámide cuadrada invertida con el ápice cortado. Está compuesto por ocho capas de vidrio, con índices de refracción que aumentan progresivamente hacia el fondo.
Gracias a esta disposición, cuando un haz de luz entra en el cuadrado más grande en la parte superior de AGILE, su camino se curva hacia abajo a medida que avanza a través de la pirámide. Independientemente del ángulo de incidencia del haz en la parte superior, será casi vertical una vez que alcance el cuadrado más pequeño en la parte inferior. Vaidya y Solgaard también cubrieron los lados inclinados de su pirámide con un espejo, de modo que la luz que de otro modo podría escapar de la lente se refleje en el interior.
Buscar los materiales adecuados
Para construir una versión prototipo de AGILE, Vaidya y Solgaard llevaron a cabo una búsqueda exhaustiva de posibles materiales de vidrio. Estas gafas tendrían que satisfacer un conjunto estricto de requisitos, incluida la capacidad de transmitir una amplia gama de longitudes de onda del espectro solar, que se extiende aproximadamente de 300 a 1200 nm. Los materiales también tendrían que mostrar tasas similares de expansión térmica, sin dejar de abarcar una amplia gama de índices de refracción.
Una vez que el dúo identificó un conjunto de anteojos ópticos que cumplía con estas condiciones, fabricaron un prototipo uniendo las capas en una pila vertical, antes de tallar la forma piramidal de la lente y recubrirla con aluminio reflectante.
Las células solares de Kirigami siguen al Sol
En sus experimentos iniciales, que describen en Microsistemas y Nanoingeniería, los investigadores demostraron que AGILE transmitía más del 90 % de la luz dispersa entrante, concentrada en un punto de un tercio del tamaño de la superficie cuadrada superior. Con base en este resultado, sugieren que los paneles solares podrían recubrirse con matrices de mosaicos AGILE, lo que no solo permitiría que los paneles capturen la luz del Sol de forma pasiva durante todo el día, sino que también les permitiría recolectar la luz difusa dispersada por la atmósfera terrestre.
El dúo informa que el próximo paso será mostrar cómo se puede fabricar AGILE a gran escala, a través de técnicas que incluyen recubrimiento por pulverización, moldeado e impresión 3D.
