El trabajo, del que informa la agencia SINC, ha sido desarrollado conjuntamente por Investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y del Instituto Tecnológico de Karlsruh (KIT), y lo publica la revista Science Advances en su último número. En concreto, los investigadores se han inspirado en la mariposa negra Pachliopta aristolochiae, que habita en el sur y sureste de Asia, para desarrollar su técnica.
Las alas de estos lepidópteros están cubiertas por escamas micro y nanoestructuradas que cosechan luz solar en una amplia gama de ángulos y longitudes de onda. Según explica Radwanul Siddique del Caltech, uno de los autores principales, "el diseño estructural de las alas de esta mariposa –basado en crestas y pequeños agujeros– proporciona simultáneamente una buena estabilidad mecánica al tiempo que cosecha la luz con gran eficacia".
Para obtener una mayor comprensión de las propiedades ópticas de la estructura del ala, Siddique y sus colegas crearon un modelo 3D de nanoestructuras basado en imágenes microscópicas de las alas de la mariposa y calcularon sus capacidad de absorción de luz. Luego diseñaron absorbedores fotovoltaicos delgados hechos de silicio imitando la estructura del ala del lepidóptero. Los resultados mostraron un aumento del 200% en la absorción integrada en el modelo hecho con nanoagujeros.
Los investigadores dicen que el hallazgo tendrá aplicaciones para mejorar las capacidades de recolección de luz de células solares de película delgada, una tecnología donde las eficiencias están bastante limitadas en la actualidad. Añaden, además, que la capacidad de absorción del diseño se puede mejorar aún más mediante la optimización de su perfil de grabado, por ejemplo, utilizando un modelo de pirámide invertida en lugar de uno cilíndrico.
Otras alas para controlar el paso de la luz solar
Las mariposas han inspirado otro estudio anterior, publicado en mayo pasado en ACS Photonics, para mejorar también la eficiencia de las células solares y desarrollado en su caso por ingenieros de la Universidad Nacional de Australia (ANU).
Los investigadores de este centro estudiaron la mariposa neotropical Morpho Didius , cuyas alas tienen pequeñas nanoestructuras en forma de cono que dispersan la luz para crear una sorprendente iridiscencia azul.
Basándose en ello, el equipo de la ANU logró controlar con precisión la dirección de la luz solar y dirigir los diferentes colores de la luz donde querían que fueran.
Así, lograron proyectar en una célula solar de doble capa de perovskita y silicio los colores azul, verde y ultravioleta en la capa de perovskita, y la luz roja, naranja y amarilla en la de silicio. Afirman que de esta forma se puede elevar la eficiencia de estas células por encima del 26,4%; un rendimiento que el equipo investigador ya obtuvo en estas células un mes antes.
Esta técnica podría tener más aplicaciones, particularmente en edificios energéticamente eficientes, gracias a su potencial para controlar la cantidad de luz y calor que puede pasar a través de una ventana. "Utilizando nuestro enfoque, una ventana podría diseñarse para ser transparente para algunos colores, y no transparente y mate para otros", dice Niraj Lal, que dirige el equipo investigador.
