Fotónica ultrarrápida para el diseño de nuevos materiales y la captura eficiente de energía

15.07.2019

El proyecto FULMATEN-CM se propone combinar las técnicas de espectroscopía láser ultrarrápida en el estudio de transferencia de carga de células solares con el objetivo único de mejorar su eficiencia y aplicarlo a la fabricación de materiales fotovoltaicos especialmente diseñados para la ocasión.

Hace escasamente dos años, en 2017, investigadores españoles e italianos (liderados por Fernando Martín y Mauro Nisoli) formularon las bases de la attoquímica, disciplina que estudia el movimiento de los electrones durante una reacción química mediante de pulsos de luz de attosegundos (10^-18 segundos, intervalo de tiempo más corto jamás medido). Entre las aplicaciones potenciales de esta disciplina está la mejora de las células fotovoltaicas, fuentes de energía limpia y renovable, vitales en la lucha contra el cambio climático.

El Proyecto Sinérgico FULMATEN-CM, financiado por la Comunidad de Madrid, ha sido diseñado en torno a dos nodos, liderados por Fernando Martín (Grupo de Modelización, Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA) en Nanociencia) y Luis Bañares (Grupo de Dinámica de la Reacción Química y Femtoquímica, Facultad de Químicas de la Universidad Complutense de Madrid, UCM). El primero aportará su experiencia pionera en el desarrollo de métodos teóricos y códigos para el estudio de la excitación y la ionización, procesos clave en las reacciones químicas. Estos métodos se trasladarán de la teoría a la experimentación en el laboratorio de la UCM, cuya reputada experiencia en láseres pulsados de femtosegundos le permitirá poner a punto en Madrid el primer dispositivo capaz de registrar procesos en attosegundosy detectar los estados de transición de las reacciones a estudio. De vuelta a IMDEA Nanociencia, el Laboratorio de Nanofotónica aportará su experiencia en la caracterización avanzada de materiales y dispositivos opto-electrónicos, a la aplicación de los resultados en las células fotovoltaicas, para tratar de mejorar su eficiencia energética (actualmentemenor al 20%). Grupos de investigación de la Facultad de Ciencias de la UAM, la Universidad de Salamanca, la Universidad de Lyon, el Instituto Politécnico de Milán (Mauro Nisoli) y las empresas OPVIUS GmbH, FastLite, Lasing y SIMUNE participarán aportando su experiencia en el proyecto FULMATEN-CM.

Se espera que a la finalización del proyecto, de 3 años, la Comunidad de Madrid esté al nivel de Alemania, Reino Unido y Estados Unidos en cuanto a capacidad para visualizar procesos a escalas de attosegundos en sistemas en fase condensada. Si a esto añadimos la capacidad de FULMATEN-CM para la producción de modelos teóricos y códigos computacionales, para los que se cuenta con RES (Red Española de Supercomputación) y PRACE (Red Europea de Supercomputación), el objetivo de obtener un nivel de comprensión de las transferencias de carga que se dan en la conversión de energía lumínica en energía eléctrica y que permitirá la optimización de células fotovoltáicas, parece cercano.

En paralelo a las tareas científicas, aunque en relación directa, también se ejecuta un programa de actividades cuya estrategia se cimienta en la formación y atracción de investigadores, para lo que se cuenta con aproximadamente 830.000 € de financiación de la Comunidad de Madrid, concedidos por el programa de Sinergias 2018 de la Consejería de Educación e Investigación a IMDEA Nanociencia y la Universidad Complutense de Madrid.

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Fuente: IMDEA Nanociencia