célula solar de perovskita

Un corte fino de eucalipto yace bajo el objetivo del microscopio, y la luz blanca, tras atravesar dos filtros polarizadores, convierte la madera en un mosaico de manchas púrpuras, amarillas y azules. Estos colores no son aleatorios: como letras en un mapa, indican hacia dónde apuntan los hilos de celulosa, invisibles al ojo, dentro de las paredes celulares.

La luz incide sobre una célula solar y, en su interior, nacen cargas que están 'calientes'. Como una persona después de correr, llevan un exceso de energía. Para entregar corriente al circuito externo, necesitan enfriarse y llegar hasta los bordes del cristal. Si el enfriamiento se demora, parte de la energía se pierde en vano.

En una película delgada de perovskita, un material para baterías solares baratas, la luz genera pares de cargas: un electrón y un "hueco". Deben llegar a los electrodos y producir corriente, pero muchos desaparecen en el camino. Dónde exactamente es la pregunta de la que depende la eficiencia de la batería.

La luz en una habitación normal desaparece al instante en cuanto apagas la lámpara. En una cavidad diminuta de nitruro de silicio, un fotón puede rebotar entre las paredes 80 000 veces antes de perderse. Es como si una pelota lanzada en una habitación rebotara en las paredes casi sin perder velocidad.

La materia oscura no brilla ni refleja la luz, pero su presencia se delata por efectos gravitatorios. Para atrapar al menos una partícula, los físicos construyen detectores parecidos a habitaciones muy silenciosas: en su interior hay cristales que destellan cuando una partícula incide en ellos. Pero el destello es débil y, si la luz se pierde por el camino, la señal puede pasar desapercibida.

Una batería solar de perovskita es como una atleta joven: al principio rinde excelente, pero con la edad se cansa. En ocho horas, sus características caen notablemente, y no hay causas visibles como grietas o polvo. Los científicos tomaron una batería y registraron lecturas a los 0, 90, 280 y 480 minutos de vida.

En una cacerola con agua flotan esferas microscópicas: partículas coloidales. Cada esfera está cubierta de largos hilos poliméricos, semejantes a un cepillo, y lleva una carga eléctrica. Si se ajustan bien la temperatura y la composición de la disolución, las esferas comienzan a ordenarse por sí solas en patrones regulares: cristales.

En cada batería o supercondensador hay un actor invisible: el pegamento polimérico. Une las partículas del material activo y ayuda a que se adhieran al colector de corriente. Antes se consideraba simplemente masa inerte: está ahí, con tal de que no estorbe. Pero en este trabajo, el pegamento pasó a primer plano.

La vida del par entrelazado de tripletes en la proteína es de unos 60 picosegundos, ocho veces más que en disolución. La luz solar es como un flujo continuo de pelotas que chocan contra una pared.

Ciento cuarenta pársecs — la distancia que la luz recorre en cuatro siglos y medio — nos separan de la nube molecular de Tauro. En sus profundidades se ocultan oscuras condensaciones: núcleos preestelares, donde el gas y el polvo cósmico se contraen lentamente bajo su propio peso.

Con un frío intenso —menos 268 grados— la película cristalina de perovskita comienza a transmitir la luz de manera diferente según su polarización. El haz parece dividirse en dos: una parte va un poco más rápida, la otra un poco más lenta.

El Sol es una caldera gigante donde la luz se abre paso a través de una espesa capa de materia incandescente. En su camino hacia la superficie, los fotones (partículas de luz) chocan constantemente con los átomos y pierden energía. La medida en que la materia retiene la luz se denomina «opacidad», y de ella depende la rapidez con que el calor escapa hacia el exterior.

Las perovskitas híbridas son las estrellas emergentes de la fotovoltaica: su eficiencia crece tan rápido que parece que estamos al borde de una revolución solar. Pero estos materiales, como intrincados mosaicos de átomos, son extremadamente vulnerables: la humedad, el calor y la luz los convierten rápidamente en polvo.

Los ingenieros crean una aleación para concentradores solares añadiendo partículas duras, como pasas en la masa, para que mantenga su forma bajo un calor extremo. Si las pasas son demasiado grandes, el material se agrieta. Antes, los científicos las contaban manualmente en imágenes de microscopio.

Las redes neuronales generativas que crean imágenes suelen depender de la aleatoriedad digital. Pero un grupo de investigadores construyó un sistema donde la aleatoriedad no nace en el código, sino en una diminuta cavidad óptica con un colorante orgánico.

Los cristales de perovskita capturan la luz solar casi como el silicio, pero cuestan una miseria. Su problema es una fragilidad innata: con el calor y la simple agua del aire, 'enferman'. En su interior crece el desorden, y la brillante lámina se vuelve turbia, perdiendo sus capacidades en un par de días.

Dos hojas blancas yacen al sol: una rugosa, la otra lisa. ¿Cuál se calentará menos? La rugosa dispersa la luz con más fuerza y parece que permanecerá más fresca. Pero si el recubrimiento está compuesto por muchas esferas de vidrio transparentes, la lógica cambia. La luz deambula en él como en una niebla espesa y, en algún momento, deja de notar las gotas individuales.

Un láser convencional se parece a una orquesta cuyos músicos necesitan calentar antes de tocar al unísono. Primero hay que bombear energía a suficientes átomos para que se 'inviertan' y estén listos para emitir luz: esto se llama inversión de población. Solo entonces surge el haz.

En la fría nube de gas y polvo que los astrónomos llaman TMC-1, se encontraron recientemente dos sustancias con azufre: una huele a almendras amargas y la otra a huevos podridos. Pero en una nube así hay menos azufre del que debería. ¿A dónde va? Parece que se esconde en diminutos bolsillos de hielo en la superficie de los granos de polvo. El hielo en el espacio no se parece a una pista de patinaje.

Un rayo láser tan tenue como un susurro de luz ha llevado un núcleo de torio-229 a un estado de mayor energía. La mayoría de los núcleos necesitan una explosión de energía, pero el torio-229 tiene una brecha energética tan pequeña que incluso este suave empujón funciona.

Un panel solar normalmente capta la luz por un solo lado, y por detrás tiene un sustrato metálico continuo. Aquí, la pared trasera se hizo de un material conductor transparente: óxido de indio y estaño. La luz que el panel no absorbe lo atraviesa por completo.

Un cristal de titanato de bario se parece a una multitud en la que cada persona sostiene una flecha indicadora. En estado normal, las flechas apuntan en direcciones distintas, pero si se aplica un campo eléctrico, todas giran a la vez hacia un mismo lado.

Una placa solar es como un pastel de capas: una base de silicio y, encima, finas pistas metálicas por las que la electricidad sale hacia los cables. Durante mucho tiempo, estas pistas se hicieron de plata, porque conduce muy bien la corriente y no daña el silicio. Pero la plata es cara, así que los ingenieros buscan un sustituto.

Una batería solar es como un corazón: si la obligas a latir en un ritmo equivocado, se cansa rápido. Normalmente, las celdas se prueban aplicando voltaje inverso, pero en la vida real la sombra de una hoja o de un pájaro hace que las celdas vecinas conduzcan corriente ajena.

Probar moléculas para celdas solares es como degustar una salsa nueva en un restaurante donde cambian de cocinero cada cinco minutos. El ruido (humedad, limpieza del sustrato, método de aplicación) oculta el verdadero efecto. Para extraer el beneficio real de los datos ruidosos, los científicos crearon un «tamiz inteligente»: un algoritmo que criba los resultados y solo deja las mejoras fiables.

Un horno al rojo vivo en un taller o el escape caliente de una turbina no son solo calor, sino luz que el ojo humano no ve. Los paneles solares comunes capturan la luz visible, pero aquí se necesita un receptor para la radiación térmica invisible.

El óxido de plata y niobio AgNbO₃ es un pastel en capas de átomos de plata, niobio y oxígeno. A temperatura ambiente se comporta como un dieléctrico común, pero si se enfría, los átomos comienzan a desplazarse y el cristal adquiere una polarización eléctrica, como la aguja de una brújula, solo que en lugar del norte señala la…

La quimioterapia convencional afecta a todo el organismo, como un bombardeo de alfombra: sufren tanto las células cancerosas como las sanas. Los científicos buscan un arma más precisa: moléculas que brillan cuando se insertan en el ADN de una célula cancerosa, delatando así su ubicación.

La luz de los diminutos cristales de perovskita es como la actuación de un coro, donde las voces suenan unas veces solas y otras en un dúo armonioso. Antes, ese dúo solo podía escucharse con un enfriamiento extremo, casi hasta el frío del espacio. Ahora, el coro canta a temperatura ambiente.

En el fondo de los cráteres lunares, donde el Sol nunca llega, reina un frío eterno: alrededor de menos 240 grados Celsius. En estos bolsillos de hielo, llamados regiones permanentemente sombreadas, se planea instalar un resonador de espejos de silicio monolítico.

El haz de una linterna en la niebla se dispersa a los pocos metros. Las partículas de luz se separan como una multitud en una plaza. Pero a veces pueden marchar en formación, sin dispersarse ni mezclarse. Esa marcha es la que se ha logrado en un diminuto cristal de perovskita. El cristal se colocó entre dos espejos.

El sol abrasa, pero el yeso en el brazo permanece fresco. El secreto está en un recubrimiento fino hecho de huesos de animales reciclados. Las superficies de enfriamiento comunes suelen ser rígidas y frágiles: no se pueden pegar sobre un vendaje curvo. Aquí se tomó un yeso comercial de fibra de vidrio, que se endurece rápidamente, y se le añadieron dos capas de polímeros.

Los artículos científicos se publican más rápido de lo que las personas pueden leerlos y sistematizarlos. En el campo de las células solares de perovskita, la principal base de datos se quedó congelada en 2021, aunque la investigación avanza a todo ritmo. Ahora, PERLA ha venido al rescate: una base viva y autónoma que vigila por sí misma el flujo de publicaciones.

Un cubo de tantalato de potasio se comporta como un dieléctrico ordinario: no almacena campo eléctrico. Pero si se cultiva este material como una película fina sobre un sustrato de otro cristal, todo cambia. Las redes cristalinas de la película y del sustrato no coinciden en tamaño, y la película se ve obligada a adaptarse: se comprime un 2,1 por ciento.

Un panel solar se parece a un pastel de capas: finas películas de distintos materiales se apilan unas sobre otras, y la luz, al penetrar, arranca una corriente eléctrica. Uno de los materiales prometedores para estas películas es un compuesto de cesio, plomo y yodo.

Los cristales de perovskita son bloques de construcción en los que los átomos de metal y halógenos se ordenan en una red regular. Cambia un halógeno por otro y el cristal empezará a brillar de otro color.

Lanza guijarros a lo largo de una hilera apretada de postes: rebotan en un denso rocío. Lánzalos en ángulo y se dispersan. Los rayos gamma en un cristal hacen lo mismo: generan cascadas de partículas que se extienden a menos que las filas atómicas del cristal estén perfectamente alineadas. Alinéalas con la precisión de un cabello y la cascada se enfoca en un haz estrecho.