Un nuevo tipo de nanotubos que generan corriente en presencia de luz, fueron descubiertos por físicos de la Universidad de Tokio. Los dispositivos como los sensores ópticos y los chips de imágenes infrarrojas son aplicaciones probables, que podrían ser útiles en campos como el transporte automatizado y la astronomía. En el futuro, si el efecto se puede ampliar al igual que la tecnología, podría conducir a dispositivos de energía solar de alta eficiencia.
El profesor Yoshihiro Iwasa de la Universidad de Tokio, en conjunto con un equipo de físicos internacionales, exploraron las posibles funciones de un nanotubo semiconductor especial cuando éste se convirtió en una bombilla (que en realidad era un láser). Ciertas longitudes de onda e intensidades de luz indujeron una corriente en la muestra, lo que se denomina efecto fotovoltaico. Hay varios materiales fotovoltaicos, pero la naturaleza y el comportamiento de este nanotubo son motivo de emoción.
«Esencialmente, nuestro material de investigación genera electricidad como paneles solares, pero de una manera diferente», dijo Iwasa. «Junto con el Dr. Yijin Zhang del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido en Alemania, demostramos por primera vez que los nanomateriales podrían superar un obstáculo que pronto limitará la tecnología solar actual. Por ahora, los paneles solares son tan buenos como pueden ser, pero nuestra tecnología podría mejorar eso».
El nanotubo inductor de corriente está hecho de láminas enrolladas de un material semiconductor especial basado en disulfuro de tungsteno (WS2). Las láminas no inducen una corriente en presencia de luz a menos que se enrollen en tubos. Este es un comportamiento emergente, uno no intrínseco al material hasta que se modifica. Lo interesante es en qué se diferencia de los materiales fotovoltaicos existentes.
Generalmente, los paneles solares fotovoltaicos hacen uso de una determinada disposición de materiales llamada unión pn. Aquí es donde se unen dos tipos diferentes de materiales (tipo p y tipo n), que por sí solos no generan una corriente en presencia de luz, pero cuando se colocan juntos, lo hacen. La energía fotovoltaica basada en conexiones Pn ha mejorado en eficiencia a lo largo de los aproximadamente 80 años desde su descubrimiento. Sin embargo, se están acercando a sus límites teóricos debido en parte a su necesidad de disponer de múltiples materiales.
Los nanotubos WS2 no dependen de una unión entre materiales para obtener el efecto fotovoltaico. Cuando se exponen a la luz, generan una corriente en toda su estructura o volumen. Esto se denomina efecto fotovoltaico a granel (BPVE) y se produce cuando el nanotubo WS2 no es simétrico si lo invirtiera. Si fuera simétrica, la corriente inducida no tendría una dirección preferida y, por lo tanto, no fluiría. Así que otros nanotubos simétricos, como los famosos nanotubos de carbono, no exhiben BPVE a pesar de ser grandes conductores eléctricos.
«Nuestra investigación muestra un completo mejoramiento de la eficiencia de BPVE en comparación con su presencia en otros materiales», continuó Iwasa. «Pero a pesar de esta gran ganancia, nuestro nanotubo WS2 aún no se puede comparar con el potencial de generación de los materiales de unión pn. Esto se debe a que el dispositivo es nanoscópico y será difícil de hacer más grande. Pero es posible y espero que los químicos estén inspirados para asumir ese reto».
A largo plazo, los investigadores esperan que este tipo de material permita la fabricación de paneles solares más eficientes. Pero dadas las restricciones de tamaño previsibles en el corto plazo, es más probable que encuentre uso en otras aplicaciones.
BVPE podría utilizarse para crear sensores ópticos o infrarrojos más sensibles y de mayor fidelidad. Éstos tienen aplicaciones adicionales en dispositivos de monitoreo integrados, autos con auto-carga cargados con sensores o incluso en los sensores de imágenes para telescopios astronómicos.
