El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas ha sido concedido en su decimotercera edición a Paul Alivisatos (Universidad de California en Berkeley, EE.UU.) y Michael Grätzel (Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza) por sus contribuciones fundamentales al crecimiento de nuevos nanomateriales que ya se están aplicando Hoy tanto en la producción de energía renovable Del mismo modo que en la electrónica de última generación. Grätzel se dirigió el primero en combinar sistemas moleculares y nanopartículas para construir un nuevo tipo de células solares que imitan la fotosíntesis, acercando La meta de convertir la luz del sol en una fuente de electricidad limpia, eficiente y barata a enorme escala. A su vez, Alivisatos ha empleado nanocristales con apenas unos miles de átomos, los llamados ‘puntos cuánticos’, para emitir luz cuyo color puede ser controlado de manera muy Necesita. Ha usado estos nanocristales De la misma forma para buscar nuevas fuentes de energía renovable y en el presente la aplicación más avanzada de su trabajo es una nueva generación de pantallas que incorporan puntos cuánticos para obtener una alta calidad cromática y ya se comercializan De exactamente la misma forma que televisores QLED, de Quantum Dot LED. La luz y la materia
La forma en que la luz interacciona con la materia lleva siglos fascinando a los científicos y el esfuerzo por controlar esa interacción al máximo dato está en la base de poderosas tecnologías en la actualidad. Alivisatos y Grätzel son pioneros en controlar la pareja luz-materia, actuando acerca de esta última por medio de el uso de nanomateriales. El jurado los reconoce por ser figuras clave en la ciencia fundamental que ha permitido «el manipulación de nanoestructuras para la conversión de energía». La fotosíntesis, el proceso por el que las hojas de las plantas convierten luz solar en materia orgánica -que no es Sino más bien una forma de almacenar energía-, es el proceso natural que sirvió a Grätzel de inspiración. Para extraer el máximo provecho de la luz visible, las plantas utilizan clorofila y otros pigmentos; la estructura de la molécula de clorofila es tal, que al ser iluminada por los fotones del sol emite electrones, y se desencadenan De este modo las reacciones químicas para construir, con agua y dióxido de carbono, materia orgánica. Las células solares de Grätzel Asimismo usan un pigmento que hace la función de la clorofila, es decir, absorbe la luz del sol y desencadena electrones. Estos electrones son recolectados y transportados por un material semiconductor, por ejemplo el dióxido de titanio. La gran aportación de Grätzel viajó disponer el dióxido de titanio en nanopartículas, en lugar de en placas, Al parecido que las células de silicio convencionales. Cada nanopartícula de dióxido de titanio se recubre del pigmento, y el resultado es un fluido que contiene las nanopartículas con el que se fabrican las células solares. «Era la 1era vez que se usaban nanopartículas para fabricar células fotovoltaicas, nadie lo había pensado antes», ha explicado Grätzel por videoconferencia Despues de conocer el fallo. «La 1era vez que lo probamos se dirigió emocionante, nos sorprendió a nosotros mismos pues obtuvimos una contestación (de conversión de luz en energía) miles de veces superior a la que esperábamos». Presentaron su nueva célula solar fotovoltaica en 1991 en una publicación en ‘Nature’, que ha sido citada decenas de miles de veces y que ha dado origen a las llamadas DSSC, siglas en ingles de células solares sensibilizadas por colorante, También conocidas simplemente por La denominación de su inventor: células de Grätzel. Este desarrollo ha dado sitio a «miles de patentes», señala el propio galardonado, y «ha abierto todo un nuevo campo de investigación». Las ventajas de estas células, Según Grätzel, son múltiples: materias primas numerosos, un proceso de fabricación barato, transparencia -lo que permite ponerlas en ventanales-, flexibilidad y capacidad de obtener electricidad De la misma forma de la luz ambiental, Del mismo modo que la que hay en una habitación. En 2013 el centro de congresos del campus del EPFL creó con ellas uno de sus ventanales, de enorme colorido. La eficiencia de estas células es más o menos un 15%, menor que la de las células usuales de silicio. Sin embargo este inconveniente podría superarse pronto con otro tipo de células que emergieron de las de Grätzel: las células de perovskita. Este material, que De la misma forma parte de un líquido y que por tanto es apto para superficies flexibles, arrancó a usarse en 2009 y en menos de una década se han conseguido eficiencias del 25%. Puntos cuánticos
En cierto modo, ha explicado Alivisatos por videoconferencia Tras conocer el fallo, «Michael ha investigado más en de qué manera convertir en electricidad la luz que entra en el sistema, Mientras que que las aplicaciones derivadas de mi trabajo tienen que ver más con cómo convertir la energía en luz que sale del sistema, y que la gente puede usar». Los nanocristales de Alivisatos, También llamados puntos cuánticos (quantum dots), están igualmente en la base de numerosas aplicaciones, Desde la búsqueda de nuevas fuentes de energía limpia hasta la electrónica de consumo y las técnicas de imagen biomédica. El galardonado ha sido clave en el desenvolvimiento de los nanocristales mismos, Al idéntico que una nueva clase de macromolécula que puede ser estudiada, monitoreada y usada ampliamente, en fluidos, De La misma manera que las nanopartículas de Grätzel. Controlar con alta precisión el tamaño del nanocristal implica controlar el color de la luz que emite, De La misma manera que explica el galardonado: «Un electrón en un Solo nanocristal puede emitir luz, y el color de esa luz que emite dependerá del tamaño del nanocristal. Si es que es más bien pequeño, la energía de la luz va a ser mayor, con lo que será una luz más azul. Y De esta manera se pueden usar nanocristales para hacer materiales que emitan todo el arcoíris de colores; un arcoíris tan grande que contenga todos y cada uno de los colores de la naturaleza». Una de sus aplicaciones de más logro son los monitores desarrollados a mediados de los noventa y que Hoy están incorporados en los televisores QLED. Alivisatos demostró que era posible fabricarlos con alta Decisión y lograr que fueran simultáneos muy eficientes en el uso de la energía. Ambos galardonados están convencidos de que, frente la grave aviso del recambio climático y la necesidad de generar energía renovable a enorme escala, las nuevas líneas de investigación abiertas por su trabajo en el campo de los nanomateriales representan una de las posibles soluciones Desde el campo de la ciencia y la tecnología.