"Podemos recolectar energía en cualquier lugar de la Tierra, y no solo en espacios abiertos", dice Swee Ching Tan, coautor de un artículo recién publicado en Energy & Environmental Science sobre este desarrollo y recogido por Madri+d.
"Las sombras son omnipresentes -prosigue Tan- y a menudo ni siquiera nos fijamos en ellas. En aplicaciones fotovoltaicas u optoelectrónicas convencionales, donde se utiliza una fuente de luz constante para alimentar dispositivos, la presencia de sombras no es deseable, ya que degrada su rendimiento. Pero en este trabajo nos centramos en el contraste de iluminación causado por las sombras como fuente indirecta de energía. Ese contraste induce una diferencia de voltaje entre las sombras y las secciones iluminadas, lo que resulta en una corriente eléctrica. Este novedoso concepto de recolección de energía no tiene precedentes".
Energía en cualquier sitio
Cualquier dispositivo electrónico, desde el móvil a los relojes inteligentes, necesita disponer de una fuente de alimentación eficiente y continua. Tan y su equipo han ideado una forma de que puedan aprovechar la luz ambiental para recargarse, lo que les llevaría a superar una de sus mayores limitaciones. Ya sea dentro de una habitación como al aire libre, existen zonas iluminadas junto a zonas en sombra. La idea de los científicos es aprovechar ese contraste omnipresente para generar la energía necesaria para que esos dispositivos funcionen.
En el exterior, y siempre que haya abundante luz, las células solares ya desempeñan ese papel, pero su eficacia a la hora de recolectar energía disminuye significativamente en las zonas de sombra, y se anula casi por completo en los espacios interiores, en los que las sombras están por todas partes.
Para abordar este desafío tecnológico, los investigadores desarrollaron un Generador de Energía de Efecto sombra (SEG) de bajo coste, sencillo de fabricar y capaz de realizar dos tareas: convertir el contraste entre zonas de luz y zonas de sombra en electricidad, y funcionar a la vez como un sensor de proximidad autoalimentado para controlar los objetos que pasan cerca.
El dispositivo consiste en un conjunto de células SEG alineadas sobre una película de plástico flexible y transparente. Cada celda SEG es una fina lámina de oro depositada sobre una oblea de silicio, fabricada e a un costo muy inferior al de las células solares de silicio convencionales. Después, los investigadores llevaron a cabo experimentos para probar el rendimiento del sistema, tanto a la hora de generar electricidad como de funcionar como un sensor de proximidad autoalimentado.
"Cuando toda la celda está iluminada o en sombra -explica Andrew Wee, codirector de la investigación- la cantidad de electricidad generada es muy baja o nula. Pero cuando una parte de la celda SEG se ilumina (mientas la otra sigue en sombra), se detecta una salida eléctrica significativa. Descubrimos que el área de superficie óptima para la generación de electricidad es cuando la mitad de cada SEG está iluminada y la otra mitad en la sombra, ya que esto proporciona un área suficiente para la generación y recolección de carga, respectivamente".
Muy eficiente en iluminación interior
Según los resultados de los experimentos en laboratorio, el SEG de cuatro celdas probado por el equipo resultó ser dos veces más eficiente bajo sombras cambiantes que las células solares comerciales. La energía recolectada por el SEG en presencia de sombras creadas en condiciones de iluminación interior fue suficiente para alimentar un reloj digital (es decir, 1,2 voltios).
Además, el equipo también demostró que el SEG puede servir como sensor autoalimentado para monitorizar objetos en movimiento. Cuando un objeto pasa cerca del SEG, proyecta una sombra intermitente sobre el dispositivo y activa el sensor que registra la presencia y el movimiento del objeto. La propia sombra que genera el objeto, pues, proporciona al SEG la energía suficiente para activarse y funcionar.
Los investigadores tardaron cuatro meses en concebir, desarrollar y perfeccionar el rendimiento del dispositivo. En la siguiente fase de investigación, experimentarán con materiales diferentes al oro, para reducir aún más el coste de producción de los SEG.
Los científicos estudian también el desarrollo de sensores autoalimentados para todo tipo de usos, así como SEG portátiles que podrían, por ejemplo, conectarse a la ropa para que fueran recogiendo energía durante nuestras actividades diarias. Por último, los científicos creen que los paneles SEG podrían tener un brillante futuro para la recolección eficiente de energía en la iluminación de interiores.
