ES2893162T3 - Concentrador solar luminiscente de gran área a base de nanocristales semiconductores de banda prohibida indirecta - Google Patents

Concentrador solar luminiscente de gran área a base de nanocristales semiconductores de banda prohibida indirecta Download PDF

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Abstract

Concentrador solar luminiscente que comprende un cuerpo (1) de material polimérico o vidrio a base de sílice y que comprende unos nanocristales coloidales (2), en el que estos últimos son nanocristales semiconductores de banda prohibida indirecta, presentando dichos nanocristales unos semiconductores de banda prohibida indirecta (2) que presentan unas dimensiones que son menores que el diámetro del excitón de Bohr del material a granel correspondiente, típicamente menos que 10 nm, siendo las pérdidas por reabsorción asociadas con dichos nanocristales minimizadas en comparación con la emisión de fotoluminiscencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Concentrador solar luminiscente de gran área a base de nanocristales semiconductores de banda prohibida indirecta
La presente invención se refiere a un concentrador solar según la parte precaracterizadora de la reivindicación principal.
Tal como es conocido, los concentradores solares luminiscentes (o LSC) comprenden una guía de ondas de vidrio o de plástico que define el cuerpo del concentrador dopada con elementos de alta emisión habitualmente denominados fluoróforos o recubierta con una película que contiene los mismos. La luz solar directa y/o difusa se absorbe por tales fluoróforos y vuelve a emitirse a una longitud de onda más larga. La luminiscencia generada de esta manera se propaga hacia los bordes de la guía de ondas mediante reflexión interna total y se convierte en energía eléctrica mediante células fotovoltaicas acopladas al perímetro del cuerpo de concentrador. El documento US2004/095658A divulga unos concentradores para aplicaciones solares.
Normalmente, dichos concentradores solares luminiscentes comprenden un cuerpo que presenta la forma genérica de una lámina o paralelepípedo (que define la guía de ondas anteriormente mencionada) dopado con fluoróforos orgánicos u organometálicos o unos a base de nanopartículas coloidales. Alternativamente, la superficie de dicho cuerpo está recubierta con películas delgadas que contienen los fluoróforos.
Los fluoróforos absorben la luz solar, tanto luz solar difusa como incidente, y vuelven a emitirla mediante fluorescencia o fosforescencia a una longitud de onda más larga. La luz emitida es guiada hasta los bordes de la guía de ondas mediante reflexión interna total en los que se convierte en electricidad mediante pequeñas células fotovoltaicas ubicadas a lo largo de los lados o superficies perimetrales de la guía de ondas. Al seleccionar de manera apropiada la concentración de fluoróforos en la guía de ondas y sus propiedades ópticas, es posible construir dispositivos con el grado deseado de transparencia y de forma arbitraria que pueden incorporarse fácilmente en la arquitectura, tales como, por ejemplo, ventanas fotovoltaicas.
Por tanto, los concentradores solares luminiscentes son dispositivos más prácticos que los sistemas conocidos que funcionan basados en la concentración geométrica de la radiación solar, que requieren mecanismos que siguen a la fuente de luz.
Finalmente, dado que las células fotovoltaicas ubicadas en los bordes del concentrador (que actúa como guía de ondas) se iluminan indirectamente por la luminiscencia creada dentro del concentrador, los concentradores solares luminiscentes no experimentan ninguna pérdida de eficiencia y esfuerzos eléctricos que se derivan de las sombras creadas sobre los mismos, como en los paneles fotovoltaicos de película delgada y enormes habituales.
Con el fin de obtener concentradores solares eficientes, los fluoróforos necesitan ser altamente fotoestables y presentan un amplio espectro de absorción en la región visible del espectro y el infrarrojo cercano, alta eficiencia de luminiscencia y la mayor separación de energía posible entre su propio espectro de absorción y el espectro de emisión óptica (indicada mediante el término “desviación de Stokes”). Este último requisito es esencial para fabricar grandes concentradores en los que la luz emitida a partir de un fluoróforo dado tiene que desplazarse un trayecto relativamente largo antes de alcanzar el borde del concentrador cuerpo.
Es conocida la utilización de fluoróforos orgánicos, que son de alta emisión, pero relativamente fotodegradables. Su desviación de Stokes es normalmente limitada y esto da como resultado pérdidas ópticas significativas debido a la reabsorción de la luz emitida por los propios fluoróforos.
También es conocida la utilización de fluoróforos definidos por complejos orgánicos de las tierras raras que presentan amplias desviaciones de Stokes; sin embargo, dichos elementos solo pueden utilizar una pequeña porción del espectro solar y/o muestran eficiencias de luminiscencia muy bajas. Se encuentran problemas similares cuando se utilizan nanocristales coloidales (QD) como emisores incorporados en el cuerpo o la guía de ondas de un concentrador solar. Aunque dichos nanocristales presentan un alto rendimiento de emisión y un alto coeficiente de absorción óptica, generalmente presentan un gran solapamiento entre los espectros de absorción y de emisión, dando como resultado una fuerte reabsorción de la luz emitida. Este hecho es un impedimento para la construcción de concentradores solares de gran tamaño y solo hace posible obtener dispositivos de área muy pequeña.
Recientemente, también se han utilizado unos nanocristales coloidales (QD o “punto(s) cuántico(s)”), que demuestran un amplio espectro de absorción y luminiscencia eficiente, y también pueden ajustarse para captar o recoger radiación solar máxima en la región del espectro visible o del infrarrojo cercano (NIR), para obtener una respuesta máxima a partir de concentradores solares luminiscentes (LSC). Esto también se ha logrado seleccionando nanocristales dopados o de heteroestructura o utilizando composiciones de semiconductores ternarios dando como resultado un desacoplamiento intrínseco entre las funciones de absorción y de emisión.
El texto presentado con el número PCT/IB2016/000032 a nombre del propietario de este documento describe un concentrador solar que comprende un cuerpo de material polimérico o vidrio a base de sílice que contiene nanocristales coloidales, en el que estos últimos son nanocristales semiconductores de calcógenos por lo menos ternarios que contienen metales de transición en el grupo Ib o el grupo 11 de la nomenclatura de la IUPAC, metales en el grupo IIIa o el grupo 13 de la nomenclatura de la IUPAC y al menos un calcógeno del grupo VIa o el grupo 16 de la nomenclatura de la IUPAC.
Ese texto de patente, que indica diversos tipos de semiconductores que pueden utilizarse, describe una solución mediante la cual pueden obtenerse concentradores solares de gran tamaño (hasta cientos de centímetros lineales) con pérdidas ópticas limitadas debidas a la reabsorción de luz emitida, con alta transparencia, que también son adecuados para su utilización como ventanas fotovoltaicas dentro de estructuras arquitectónicas o estructuras móviles tales como vehículos a motor o vehículos en general.
Los concentradores que son el objeto de la solicitud de PCT anteriormente mencionada, aunque resuelven una variedad de problemas de concentradores solares conocidos antes de la presentación de esa solicitud, requieren para su construcción materiales o elementos que no están ampliamente presentes en grandes cantidades en la Tierra. Se desprende que los costes de obtención de dichos materiales, desde los puntos de vista tanto económico como político, son bastante altos, con los consiguientes altos costes para el LSC que los contiene.
El documento US2007/0012355 describe una célula solar que incluye una capa de base de semiconductor, un complejo de nanocristal semiconductor sobre la capa de base de semiconductor, y una capa de emisor de semiconductor formada sobre el complejo de nanocristal semiconductor. El propósito del complejo de nanocristal semiconductor es modificar las propiedades de absorción intrínsecas de la célula solar creando una denominada “célula de banda prohibida intermedia”.
Este documento anterior no describe un concentrador solar luminiscente ni sugiere la utilización de QD en un concentrador solar luminiscente.
El objetivo de esta invención es proporcionar un concentrador solar luminiscente (LSC) que esté mejorado en comparación con las soluciones conocidas.
En particular, un objetivo de esta invención es proporcionar un concentrador solar que utilice nanocristales coloidales en el que haya un desacoplamiento entre las funciones de absorción y de emisión, haciendo por tanto que sea posible presentar una alta eficiencia, o un concentrador solar que presente pérdidas ópticas muy bajas o incluso despreciables (aunque no nulas) debidas a reabsorción y al mismo tiempo, presente costes de construcción muy bajos en comparación con LSC conocidos similares.
Otro objetivo es proporcionar un dispositivo o concentrador solar que pueda construirse utilizando materiales presentes en la Tierra en grandes cantidades con una distribución casi por todo el planeta, permitiendo por tanto una reducción adicional de los costes de producción de LSC y las restricciones políticas sobre la obtención de tales materiales.
Otro objetivo es proporcionar un dispositivo o concentrador solar que presente un espectro de absorción que se extienda hasta toda la región visible y el infrarrojo cercano (NIR), para maximizar la fracción de luz solar que puede utilizarse con el fin de generar energía eléctrica, todo ello mediante un control adecuado de las dimensiones de las partículas de los materiales contenidos en el LSC.
Este y otros objetivos que se pondrán de manifiesto para los expertos en la materia se alcanzarán mediante un concentrador solar luminiscente según las reivindicaciones adjuntas.
Para una mejor comprensión de la presente invención, se adjuntan, meramente a título de ejemplo no limitativo, los siguientes dibujos, en los que:
la figura 1 muestra una representación esquemática de un concentrador solar luminiscente (LSC) que comprende una matriz polimérica que incorpora nanocristales coloidales o QD;
la figura 2 muestra un espectro de absorción (curva A) y espectro de fotoluminiscencia (curva B) de QD de silicio para obtener el dispositivo o concentrador en la figura 1, con una excitación óptica a 473 nm;
la figura 3 muestra una representación esquemática del procedimiento para obtener una célula para la construcción de LSC según la invención;
la figura 4 muestra una comparación del espectro de absorción (curva E) y los espectros de fotoluminiscencia (curvas F y G) a partir de la excitación de QD de silicio utilizado para el dispositivo de ejemplo con una excitación a 473 nm, refiriéndose las curvas F y G a los espectros de luminiscencia de LSC recogidos en el borde de un concentrador solar que presenta dimensiones de 144 cm2que contiene QD de silicio que se excitan a distancias desde el borde de d = 0.5 cm para la curva F y d = 12 cm para la curva G, respectivamente;
la figura 5 muestra unas curvas referidas a las señales ópticas de fotoluminiscencia obtenidas a diferentes distancias desde la zona de excitación d utilizando LSC que presentan diferentes curvaturas, en un gráfico en tres dimensiones.
Haciendo referencia a dichas figuras, un concentrador solar luminiscente o LSC comprende un cuerpo 1, que puede estar construido a partir de vidrio o material plástico, en el que están presentes unos nanocristales que, meramente con fines de descripción, se ilustran como elementos fácilmente identificables dentro del cuerpo 1 del concentrador; estos nanocristales (QD) o nanopartículas se indican mediante 2. En los bordes 3, 4, 5, 6 del cuerpo 1, hay unas células fotovoltaicas 7 que pueden recoger la radiación luminosa emitida (indicada como hv2) a partir de los QD presentes en el cuerpo 1 y convertirla en electricidad. La radiación incidente sobre el cuerpo del dispositivo se indica mediante hv-i.
Alternativamente, los nanocristales pueden estar incorporados en la película de plástico o de vidrio que recubre el cuerpo del concentrador.
El cuerpo 1 del LSC, o la película con la que está recubierto el cuerpo, puede obtenerse a partir de diferentes materiales. A título de ejemplo, pero que no es limitativo, estos últimos pueden ser: poliacrilatos y poli(metacrilatos de metilo), poliolefinas, polivinilos, resinas epoxídicas, policarbonatos, poliacetatos, poliamidas, poliuretanos, policetonas, poliésteres, policianoacrilatos, siliconas, poliglicoles, poliimidas, polímeros fluorados, policelulosa y derivados tales como metilcelulosa, hidroximetilcelulosa, polioxazina, vidrios o a base de sílice.
Los nanocristales o nanopartículas son elementos que presentan dimensiones que son típicamente menores que el diámetro del excitón de Bohr (normalmente menos de 10 nm) característico del material a granel correspondiente de la misma composición, para mostrar un confinamiento cuántico. Estos QD tienen la capacidad de mostrar una eficiencia de fotoluminiscencia de casi el 100% y un espectro de emisión que puede seleccionarse mediante control dimensional de las partículas, lo cual hace posible integrarlos de manera óptima con diversos tipos de células solares incluyendo dispositivos de unión individual y múltiple.
Según una característica fundamental de esta invención, los nanocristales coloidales utilizados como emisores en el LSC descrito son QD semiconductores de banda prohibida indirecta que comprenden, a modo de ejemplo no exhaustivo: 1) un elemento del grupo IVa o el grupo 14 de la nomenclatura de la IUPAC, tal como carbono, silicio, germanio, estaño y sus compuestos tales como SiC y aleaciones; 2) compuestos de elementos en los grupos IIIa y Va o los grupos 13 y 15 de la nomenclatura de la IUPAC tales como BN, BP, BAs, B-i2As2 , AlP, AlS, GaP y sus aleaciones; 3) compuestos de elementos en los grupos VIb y VIa o los grupos de 6 y 16 de la nomenclatura de la IUPAC tales como MoS2 ; 4) otros semiconductores de banda prohibida indirecta tales como CuS2 y GaSe.
Esta elección particular de QD hace que sea posible construir concentradores solares luminiscentes de gran tamaño (decenas/cientos de centímetros lineales) con pérdidas ópticas limitadas debidas a reabsorción de la luz emitida. La concentración de nanocristales (normalmente entre el 0.001% y el 5% en peso) dispersados en la matriz sólida o el cuerpo 1, o en la película que lo recubre, determina el nivel de transparencia en el concentrador o dispositivo y por tanto hace posible fabricar concentradores solares semitransparentes que son adecuados para su utilización como ventanas fotovoltaicas dentro de estructuras arquitectónicas tales como edificios, o estructuras móviles, tales como vehículos automóviles.
La elección de semiconductores de banda prohibida indirecta, por ejemplo, silicio, se deriva del hecho de que se encuentran entre los elementos más abundantes en la Tierra y su producción anual asciende a millones de toneladas.
Además de esto, en semiconductores de banda prohibida indirecta tales como silicio, la emisión de luz en la transición de energía desde la banda de conducción hasta la banda de valencia es generalmente despreciable. Sin embargo, si se confinan semiconductores de este tipo por su gran forma a nanopartículas que presentan dimensiones comparables con o menores que su diámetro del excitón de Bohr (habitualmente conocido como confinamiento cuántico), las nanoestructuras pueden volverse fuertemente luminiscentes porque superan parcialmente las reglas de selección física relacionadas con la conservación del momento. De esta manera, su eficiencia de emisión puede alcanzar altos valores, en el caso del silicio incluso por encima del 50%, con posibilidades adicionales de mejora mediante refinamiento de procedimientos de crecimiento y la pasivación de superficies. El control del confinamiento cuántico también hace posible controlar las energías de absorción y de emisión de las nanopartículas. En el caso del silicio, por ejemplo, la absorción óptica y los espectros de fotoluminiscencia de los nanocristales coloidales en la región del espectro de NIR pueden ajustarse hacia la región visible del espectro.
Gracias a algunos nanocristales de banda prohibida indirecta tales como, por ejemplo, silicio, carbono y germanio, también es posible construir LSC de gran área que comprenden exclusivamente materiales no tóxicos que son altamente abundantes en la Tierra.
Los QD de banda prohibida indirecta, tales como, por ejemplo, silicio, presentan una capacidad de reabsorción muy baja para luz emitida; este hecho, junto con la alta compatibilidad entre estos QD y matrices poliméricas que definen la estructura de LSC, hace posible utilizar dispositivos de LSC casi ideales que están libres de pérdidas por reabsorción y difusión.
Gracias a la supresión de la reabsorción de luminiscencia, las evaluaciones de rendimiento cuantitativo indican que estos LSC pueden construirse con una variedad de dimensiones incluso de más de 100 x 100 cm2 con eficiencias de conversión que también son superiores al 5%.
Por último, utilizando dichos QD insertados en matrices poliméricas, es posible construir elementos estructurales fotovoltaicos activos que también presentan una curvatura compleja, algo que amplía el grado al que pueden incorporarse en estructuras sin reducciones significativas de la salida de electricidad a partir de las células fotovoltaicas en comparación con la situación para paneles fotovoltaicos aplicados a tejados planos.
A título de ejemplo no exhaustivo de la aplicación de QD de banda prohibida indirecta para la construcción de LSC con baja reabsorción, a continuación, se notifican las propiedades de un LSC a base de QD de silicio descrito inicialmente con referencia a la figura 2.
La figura 2 muestra los espectros de fotoluminiscencia y absorción óptica de QD de silicio dispersados en una matriz de poli(metacrilato de laurilo) (PLMA) utilizada para la fabricación de guías de ondas de LSC, junto con el espectro terrestre de radiación solar.
En la figura 2, la absorción de QD de silicio se representa por la curva indicada mediante la letra A, mientras que la fotoluminiscencia se representa por la curva indicada mediante B. La curva indicada mediante C representa en su lugar el espectro de radiación solar, mientras que la banda oscura (indicada mediante D en la figura 2) representa la ventana de transparencia del material nanocompuesto, que se encuentra entre el inicio de la absorción de QD y los armónicos de vibración C-H de la matriz polimérica a 930 nm.
El espectro de fotoluminiscencia (curva B) presenta un pico en la ventana de transparencia de NIR óptima del material compuesto que forma la estructura o el cuerpo del LSC, lo cual garantiza pérdidas por reabsorción mínimas que surgen a partir de grandes dimensiones de concentrador.
Con el fin de establecer la idoneidad de QD para la construcción de LSC que presentan grandes áreas efectivas mediante un experimento, se produjo un LSC de poli(metacrilato de laurilo) semitransparente reticulado, en el que las cadenas laterales largas impiden la aglomeración de los nanocristales y garantizan que pueden fabricarse materiales nanocompuestos de polímero-QD de alta calidad óptica.
El procedimiento de fabricación comprende una humectación inicial de los QD en un pequeño volumen de monómero de metacrilato de laurilo (l Ma ) durante aproximadamente tres horas para garantizar que las partículas individuales se dispersan finamente. Después se añade la mezcla así obtenida a un gran volumen de monómero junto con un fotoiniciador de radicales libres (IRGACURE 651, en una cantidad del 1% en peso o p/p) y dimetacrilato de etilenglicol (EGDM) que actúa como agente de reticulación. Seleccionando una cantidad apropiada de EGDM, es posible producir materiales nanocompuestos de P(LMA-co-EGDM) dopados con QD que presentan la rigidez mecánica deseada pero que, al mismo tiempo, hacen posible construir concentradores solares de LSC flexibles y plegables.
Por ejemplo, una razón de LMA con respecto a EDGM del 80% al 20% en peso (p/p) da como resultado guías de ondas rígidas, mientras que la adición de tan solo el 10% de EGDM en peso (p/p) hace posible obtener concentradores solares o LSC flexibles.
Es importante que las moléculas de EGDM que concatenan las cadenas principales y garantizan la estabilidad mecánica de los cuerpos planos de LSC estén ubicadas en las partes hidrófobas de los materiales nanocompuestos y por tanto estén separadas de los QD de modo que no afecten de manera adversa a sus propiedades electrónicas.
Después de mezclar durante aproximadamente veinte minutos y después de haber colocado el conjunto en un baño de ultrasonidos durante treinta minutos, se obtiene el concentrador solar siguiendo el procedimiento de colada de célula normalmente utilizado para la preparación de láminas de polímero de calidad óptica.
La figura 3 ilustra esquemáticamente el procedimiento para obtener una lámina de concentrador solar. En resumen, se vierte la mezcla uniforme obtenida tal como se describió anteriormente en un molde de vidrio templado 31 que presenta poca rugosidad (véase la etapa indicada mediante la flecha R en la figura 3) y se irradia con luz a 365 nm durante veinticinco minutos para activar la polimerización por radicales libres. Después, se completa esta última manteniendo lo que se ha obtenido en un entorno oscuro durante treinta minutos, tras lo cual puede retirarse la guía de ondas o LSC del molde, cortarse en partes de tamaño deseado y pueden alisarse los bordes.
Lo anterior se indica en la figura 3, donde lo que se muestra a la izquierda y se indica mediante la flecha F representa la construcción del molde mediante acoplamiento de dos láminas 31 entre las cuales está ubicado un elemento de sellado flexible 31A; después de haberse acoplado entre sí estas láminas se inserta la mezcla indicada anteriormente en el molde (flecha R) y después se pasa a la etapa final de obtener el concentrador solar (indicado mediante 34), mientras que la flecha 33 indica las etapas finales del procedimiento descrito anteriormente que dan como resultado que se obtiene el concentrador.
Un aspecto importante para la fabricación de LSC que contienen QD de banda prohibida indirecta eficientes es la conservación de las propiedades ópticas de los QD puros tras su incorporación en el material nanocompuesto polimérico. En estudios espectroscópicos del material nanocompuesto que contiene QD de silicio en comparación con una solución de QD de silicio en tolueno a la misma concentración que la presente en el material nanocompuesto, se encontraron propiedades espectrales idénticas o sustancialmente idénticas. Los dos sistemas sometidos a prueba demostraron dinámicas de emisión sustancialmente similares, con una débil aceleración para los QD de silicio presentes en el polímero (probablemente asociada a la activación de canales no radiativos adicionales) asociada con una reducción muy pequeña en el valor de eficiencia cuántica de emisión en el material nanocompuesto en comparación con aquella en tolueno. Estas pequeñas pérdidas no radiativas tras la exposición del catalizador de radicales libres de polimerización y radiación UV en el aire es particularmente fácil de ver a la vista del hecho de que el QD de siliciuro metálico no está protegido mediante pasivación adicional, lo que en cambio es necesario para conservar el QD de calcogenuro de metal del grupo Ib e IIIa utilizado en las matrices acrílicas utilizadas en concentradores solares construidos según las enseñanzas de la patente anterior presentada a nombre del mismo solicitante anteriormente mencionada. Esta versatilidad intrínseca en las condiciones de fabricación del dispositivo representa una importante ventaja industrial de QD de silicio en comparación con soluciones conocidas ya que hace posible obtener emisores de alta eficiencia para concentradores solares sin incurrir en costes adicionales para su recubrimiento superior de pasivación.
Los resultados obtenidos también demuestran que el concentrador presenta una alta transparencia en el espectro visible. En paralelo, la eficiencia de conversión es comparable con al menos el rendimiento mejorado obtenido utilizando concentradores solares que eran el objeto de la patente anteriormente presentada a nombre del mismo solicitante, lo cual indica que se eliminan eficazmente las pérdidas por reabsorción en LSC que contienen QD semiconductores de banda prohibida indirecta.
Con el fin de evaluar directamente las pérdidas por reabsorción de un LSC según la invención, se preparó una lámina rectangular de material polimérico que contenía QD de silicio que presentaba un área de aproximadamente 144 cm2 El espectro de absorción óptica del material nanocompuesto se muestra en la figura 4, curva E. Utilizando una fuente de excitación continua a 473 nm, se obtuvieron los espectros de fotoluminiscencia mostrados en la figura 4, en la que la curva F muestra el espectro excitado a una distancia d = 0.5 cm desde el borde de la lámina y la curva G muestra el espectro excitado a una distancia d = 12 cm desde el borde de la lámina.
Los dos picos de emisión correspondientes a la luminiscencia generada directamente en el borde de la lámina (curva F) y que guiaron durante 10 cm adicionales en el interior de la misma (curva G) son sustancialmente superponibles, demostrando que las pérdidas por reabsorción se suprimen fuertemente y confirmando que, con la utilización de QD semiconductores de banda prohibida indirecta, es posible obtener una emisión que está centrada de manera precisa en la ventana de transparencia de NIR óptima de la guía de ondas del material nanocompuesto en la figura 2. Por tanto, la pequeña diferencia en las curvas que representan la fotoluminiscencia en la figura 4 indica que las pérdidas por reabsorción asociadas con los QD también son pequeñas incluso en el caso de LSC de tamaño relativamente grande, confirmando también que los QD emiten dentro de la banda de transparencia óptima del material nanocompuesto.
Los datos experimentales proporcionan un acuerdo óptimo con los datos simulados, demostrando que un LSC que contiene QD semiconductores de banda prohibida indirecta se comporta esencialmente como un dispositivo ideal en el que cada porción de la superficie iluminada contribuye por igual a la potencia total generada por el concentrador.
También se construyeron LSC curvos y se sometió a prueba la capacidad para obtener corrientes fotovoltaicas a través de los mismos. Con este fin, se construyó un lSc de prueba que presentaba un área de aproximadamente 90 cm2 de P(LMA-co-EGDM) dopado con QD de silicio (el 0.09% en peso) utilizando el procedimiento descrito en relación con la figura 2. Con el fin de poder doblar la lámina, se seleccionó la razón entre el monómero y el agente de reticulación (o entre LMA y EGDM) para que fuera del 90%:10% en peso (p/p). Con el fin de poder cuantificar experimentalmente el efecto de la curvatura sobre las propiedades de guía de ondas de LSC flexibles, se midió la luz que salía por uno de los lados laterales de los concentradores mientras se aumentaba la separación espacial, d, entre la zona de excitación y el borde del LSC. Se repitieron diversas mediciones para la propagación de luz en condiciones de excitación normal y geometría de recogida idénticas para una curvatura creciente del LSC, condiciones cuantificadas en cuanto al ángulo central 0 (en el que este ángulo es igual a 0° para un dispositivo plano y 180° para una estructura completamente combada).
El resultado de la medición para los datos de potencia óptica de salida en función de d y el ángulo anteriormente mencionado se muestra en la figura 5, a partir de la cual puede observarse que las propiedades de guía de ondas del LSC no se ven afectadas por la curvatura. En particular, a partir de la figura 5 se observará que no hay sustancialmente ningún cambio en la intensidad de la luz emitida a partir del borde del LSC dependiendo del ángulo de curvatura: esto hace posible considerar la posibilidad de utilizar LSC que contienen QD de banda prohibida indirecta para la fabricación de elementos arquitectónicos fotovoltaicos semitransparentes de curvatura compleja (redondeados, en forma de copa, esféricos, configuraciones que también pueden aplicarse a baldosas habituales) sin incurrir en las pérdidas ópticas debidas a la capacidad de guiado de luz reducida.
Las ventajas de un LSC a base de nanoestructuras coloidales de banda prohibida indirecta basadas exclusivamente en materiales que son abundantes en la Tierra, tales como silicio, son evidentes a partir de lo anterior. De hecho, incorporando QD de banda prohibida en una matriz acrílica polimerizada, se ha demostrado que es posible producir guías de ondas de alta calidad óptica gracias a la gran separación espectral efectiva entre los espectros de absorción óptica y los espectros de luminiscencia de los QD, espectros que esencialmente no se ven afectados por pérdidas ópticas asociadas con la reabsorción de la luminiscencia guiada dentro de la estructura del LSC.
La eficiencia de convertir luz en electricidad es alta (puede evaluarse que es de aproximadamente el 30% de la eficiencia cuántica óptica) sobre superficies que presentan un área de aproximadamente 150 cm2, con un alto grado de transparencia en el espectro visible (aproximadamente el 70%). Todo esto hace que estos LSC sean candidatos excelentes para la construcción de ventanas u otros elementos fotovoltaicos incorporados en estructuras, pero también en medios móviles tales como vehículos a motor.
Los costes muy bajos de muchos semiconductores de banda prohibida indirecta, incluyendo silicio, también significan que las láminas de concentrador solar obtenidas de este modo son altamente económicas.
Se ha descrito una forma de realización particular de la invención; sin embargo pueden obtenerse otras a la vista del contenido de la descripción anterior y debe considerarse que se encuentran dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Concentrador solar luminiscente que comprende un cuerpo (1) de material polimérico o vidrio a base de sílice y que comprende unos nanocristales coloidales (2), en el que estos últimos son nanocristales semiconductores de banda prohibida indirecta, presentando dichos nanocristales unos semiconductores de banda prohibida indirecta (2) que presentan unas dimensiones que son menores que el diámetro del excitón de Bohr del material a granel correspondiente, típicamente menos que 10 nm, siendo las pérdidas por reabsorción asociadas con dichos nanocristales minimizadas en comparación con la emisión de fotoluminiscencia.
2. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que los nanocristales (2) se seleccionan de entre nanocristales coloidales de: 1) elementos en el grupo IVa o el grupo 14 de la nomenclatura de la IUPAC, tales como carbono, silicio, germanio, estaño y sus compuestos tales como SiC y sus aleaciones; 2) compuestos de elementos en los grupos IIIa y Va o los grupos 13 y 15 de la nomenclatura de la IUPAC tales como BN, BP, BAs, B-i2As2 , AlP, AlS, GaP y sus aleaciones; 3) compuestos de elementos en los grupos VIb y VIa o los grupos 6 y 16 de la nomenclatura de la IUPAC tales como MoS2 ; 4) otros semiconductores de banda prohibida indirecta, tales como CuS2 y GaSe.
3. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que los nanocristales (2) no presentan ninguna pasivación adicional.
4. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que los nanocristales (2) están recubiertos con unas capas de pasivación adicionales de material orgánico o inorgánico.
5. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que presenta una configuración de tipo lámina con unas dimensiones comprendidas entre 5 cm2 y 16 m2.
6. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que el cuerpo de plástico es un polímero o matriz o una matriz vítrea a base de sílice.
7. Concentrador solar según la reivindicación 6, caracterizado por que dicha matriz comprende por lo menos uno de entre los siguientes polímeros: poliacrilatos y poli(metacrilatos de metilo), poliolefinas, polivinilos, resinas epoxídicas, policarbonatos, poliacetatos, poliamidas, poliuretanos, policetonas, poliésteres, policianoacrilatos, siliconas, poliglicoles, poliimidas, polímeros fluorados, policelulosa y derivados, tales como metilcelulosa, hidroximetilcelulosa, polioxazina y vidrios a base de sílice.
8. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que los nanocristales están dispersados en una matriz de plástico o matriz vítrea a base de sílice en un porcentaje comprendido entre el 0.001% y el 5% en peso.
9. Concentrador construido según la reivindicación 1, caracterizado por que los nanocristales de banda prohibida indirecta están dispersados en una película que recubre el cuerpo (1) del concentrador.
10. Concentrador solar según la reivindicación 1, caracterizado por que presenta una forma plana o curva.
11. Ventana para construcción o estructuras móviles que comprende por lo menos una parte construida a partir de un concentrador solar luminiscente según la reivindicación 1.
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