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Paul Alivisatos y Michael Grätzel han aplicado nuevos nanomateriales a la generación de energía, entre otros campos.Algo tan elemental como la relación entre luz y materia guarda los secretos de una revolución tecnológica.

Interacciones que fascinan a los investigadores por su potencial para crear una nueva generación de nanomateriales y por su aplicación en el desarrollo de nuevas fuentes de energía más limpias y eficientes. La contribución de dos pioneros en este campo, Paul Alivisatos y Michael Grätzel, acaba de ser recompensada con el galardón Fronteras del Conocimiento que otorga la Fundación BBVA en la categoría de Ciencias Básicas.

«El trabajo de Grätzel incluye la invención de un tipo de célula solar sensibilizada por colorante», resume el jurado en el acta, mientras que «Alivisatos ha logrado aportaciones pioneras utilizando nanocristales semiconductores para aplicaciones en energía y visualización en pantallas».

Michael Grätzel, catedrático de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), fue uno de los primeros investigadores en combinar sistemas moleculares y nanopartículas para fabricar un nuevo tipo de células solares. Su trabajo abrió la posibilidad de conseguir una fuente de energía más limpia y eficiente a partir de la luz del sol, imitando el proceso de fotosíntesis. Así, las células Grätzel emplean un pigmento que absorbe la luz solar y genera electrones, análogo a la clorofila en el mundo natural. Posteriormente los electrones son recogidos y transportados por un material semiconductor, en particular dióxido de titanio. Una de las grandes aportaciones de Grätzel fue la utilización de este material en nanopartículas, en vez de las placas de silicio convencionales.

«Las células de silicio absorben la luz solar y generan cargas eléctricas, pero también tienen que transportar esas cargas; separar los portadores positivos y negativos. Esa separación necesita una capa de silicio con dopaje positivo y otra con dopaje negativo. Para que esto funcione bien se requieren materiales muy puros», explicaba hace unos años en una entrevista en el diario The Guardian. «Pero nuestra célula es diferente, las cargas son generadas por moléculas de colorante y otros componentes se encargan de la conducción».

Michael Grätzel FBBVA

Esa innovadora célula solar fotovoltaica fue presentada al mundo en 1991 en la revista Nature. Las ventajas serán múltiples: materias primas abundantes, un proceso de fabricación barato, la transparencia del material -que permite utilizarlo en ventanas- o su flexibilidad. «Era la primera vez que se usaban nanopartículas para construir células fotovoltaicas, nadie lo había pensado antes», ha explicado Grätzel por videoconferencia. «La primera vez que lo probamos fue emocionante, nos sorprendió a nosotros mismos porque obtuvimos una respuesta de conversión de luz en energía miles de veces superior a la que esperábamos».

NANOCRISTALES

Por su parte, Paul Alivisatos, catedrático en la Universidad de California en Berkeley, ha trabajado en el desarrollo de nanocristales -apenas unos miles de átomos de espesor- que permiten controlar de manera precisa la luz y el color. «Michael ha investigado más cómo convertir en electricidad la luz que entra en el sistema, mientras que las aplicaciones derivadas de mi trabajo tienen que ver más con cómo convertir la energía en luz», explica el investigador. Sus hallazgos ya se aplican en una nueva generación de pantallas que incorpora puntos cuánticos para lograr una alta calidad cromática, los televisores QLED. Pero hay muchas otras aplicaciones, desde la búsqueda de nuevas fuentes de energía limpia hasta la electrónica de consumo y las técnicas de imagen biomédica.

El tamaño es el elemento que permite modular la luz de estas estructuras. «Si es más pequeño, la energía de la luz será mayor, por lo que será más azul», resume Alivisatos. «De esta manera los nanocristales se pueden usar para hacer materiales que emitan todo el espectro de colores». Además, Alivisatos y su grupo desarrollaron nanocristales en el campo de la biomedicina, para tinciones de muestras biológicas. Ajustando el tamaño del nanocristal, el fluido puede etiquetar el tipo de células.

Ambos galardonados coinciden en que, ante la grave amenaza del cambio climático y la necesidad de producir energía renovable a gran escala, las nuevas líneas de investigación abiertas por su trabajo representan una valiosa vía de progreso. «El cambio climático es en efecto un gran desafío. Debemos reducir nuestro uso de combustibles fósiles y la energía fotovoltaica tiene que aumentar su capacidad en las próximas décadas», señala Grätzel. «Parte de ese reto implica aprender a fabricar nuevos materiales que puedan captar la energía del sol, con las menores pérdidas posibles de energía, y además hacerlo a gran escala», completa Alivisatos.

por AMADO HERRERO

FUENTE: EL MUNDO/ESPAÑA