En la búsqueda de nuevos caminos hacia la independencia energética, los investigadores se han centrado en el estudio de los generadores termoeléctricos solares (STEG), considerándolos una fuente de energía solar muy prometedora. A diferencia de la tecnología fotovoltaica utilizada por la mayoría de los paneles solares actuales, los STEG no solo pueden aprovechar la luz solar, sino también generar electricidad utilizando diversas fuentes de calor. Su estructura es simple, consta de un lado caliente, un lado frío y un material semiconductor en el medio. Basándose en el efecto Seebeck, genera electricidad aprovechando la diferencia de temperatura entre los dos lados.
Sin embargo, la eficiencia de los generadores termoeléctricos solares existentes está severamente limitada, lo que dificulta su adopción generalizada. Actualmente, la mayoría de los STEG tienen una tasa de conversión de luz solar inferior al 1%, mientras que los sistemas de paneles solares residenciales alcanzan aproximadamente un 20%.
No obstante, una nueva tecnología desarrollada por investigadores del Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester ha reducido significativamente esta brecha de eficiencia. El equipo, en un estudio publicado en la revista Light: Science & Applications, presentó su método único de ingeniería espectral y gestión térmica, logrando crear un dispositivo STEG con una potencia 15 veces mayor que la de dispositivos anteriores.
Chunlei Guo, profesor de Óptica y Física y científico senior del Laboratorio de Energía Láser de la Universidad de Rochester, señaló que, aunque la comunidad investigadora ha logrado ciertos avances en las últimas décadas mejorando los materiales semiconductores de los STEG y aumentando la eficiencia general, este estudio tomó un camino diferente. En lugar de modificar los materiales semiconductores, se centró en los lados caliente y frío del dispositivo. Optimizando la absorción solar y la captura de calor en el lado caliente, así como la disipación de calor en el lado frío, se logró una mejora significativa en la eficiencia.
El nuevo STEG de alta eficiencia se diseñó utilizando tres estrategias: En el lado caliente, los investigadores aplicaron una tecnología especial de metal negro desarrollada en el laboratorio de Guo, que transforma el tungsteno común para absorber selectivamente longitudes de onda solares. Utilizando potentes pulsos láser de femtosegundos para grabar la superficie del metal, se crearon estructuras a nanoescala que mejoran la absorción de la energía de la luz solar y reducen la pérdida de calor en otras longitudes de onda. Además, cubrieron el metal negro con plástico para crear un mini-invernadero, reduciendo la convección y conducción, capturando más calor y elevando así la temperatura del lado caliente. En el lado frío, se utilizaron nuevamente pulsos láser de femtosegundos para tratar aluminio común, creando un disipador de calor con microestructuras que mejora la disipación por radiación y convección, duplicando la capacidad de enfriamiento del disipador de aluminio común.
El equipo de investigación también realizó una demostración simple, mostrando que la nueva tecnología STEG alimenta un LED con una eficiencia muy superior a los métodos existentes. El profesor Guo indicó que esta tecnología también podría usarse para alimentar sensores inalámbricos del Internet de las Cosas (IoT), dispositivos portátiles, o como sistema de energía renovable fuera de la red en áreas rurales.
