Nueva técnica para obtener nanopartículas mejoraría eficacia de paneles solares

Entre estas técnicas se incluyen la síntesis química, la deposición química de vapor (CVD), la ablación láser y la electroerosión.

Cada una de ellas presenta ventajas y desventajas específicas en términos de control de tamaño, forma, composición y estructura de las nanopartículas producidas. Sin embargo, la molienda mecánica destaca porque es un proceso relativamente sencillo y económico.

Este consiste en reducir el tamaño de las partículas mediante la fricción y colisión entre ellas en un medio de molienda, como bolas o barras, dentro de un recipiente rotatorio. Este método se utiliza para producir materiales finos en diversas industrias, desde la metalurgia hasta la producción de polvos cerámicos.

La estrategia de obtener nanopartículas de silicio y óxido de zinc se les ocurrió al profesor Roberto Andrés Bernal Correa y a la ingeniera física Diana Valentina Herrera Díaz, de la de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.

El silicio se encuentra en la naturaleza y se emplea en electrónica y en la producción de vidrio. El óxido de zinc, extraído del mineral de zinc, se utiliza en protectores solares y pinturas, por sus propiedades protectoras y farmacéuticas.

“Las celdas solares son fundamentales para generar energía eléctrica a partir de fuentes renovables. Esto implica la necesidad constante de mejorar la eficiencia y reducir costos. En este contexto, el óxido de zinc y el silicio son candidatos prometedores para optimizar la eficiencia energética de las celdas solares”, señala la ingeniera física.

Una molienda eficaz

En esta investigación se empleó un equipo planetario de bolas bajo condiciones específicas de molienda, con una relación 10:1 de masa de bola a polvo y tiempos de molienda variados. Para el silicio se añadió solvente (alcohol isopropílico) antes de la molienda y se dejó secar a temperatura ambiente.

“Para la técnica de molienda mecánica se aplicaron tiempos de molienda de 1, 5, 10, 15 y 20 minutos a 500 revoluciones por minuto (rpm) en el equipo Pulverisette 7 Premium Line. La caracterización de las partículas se hizo mediante difracción de rayos X, espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido, con el fin de analizar la cristalinidad, composición química y morfología de los polvos resultantes”, explica la ingeniera.

A través de microscopios se observaron variaciones en el tamaño de las partículas, con la formación de aglomerados de partículas más pequeñas. A medida que aumentó el tiempo de molienda se evidenció una reducción en el tamaño de los aglomerados y una segmentación en las partículas, lo que sugiere una influencia significativa del tiempo de molienda en las características morfológicas de los polvos de óxido de zinc obtenidos.

La técnica de difracción de rayos X reveló que el óxido de zinc conservó su forma cristalina a pesar del proceso de molienda, aunque el tamaño de los cristales disminuyó al aumentar el tiempo de molienda.

Por otro lado, la espectroscopía Raman proporcionó información sobre las vibraciones atómicas dentro del óxido de zinc, y se observó la aparición de algunas impurezas y vacíos en la estructura durante el proceso de molienda, fenómenos naturales que no afectan la obtención de nanopartículas.

Tales hallazgos contribuyen tanto al entendimiento fundamental de estos materiales como a la apertura de nuevas posibilidades para su aplicación en la mejora de la eficiencia energética de las celdas solares, lo que tendría un impacto significativo en la transición hacia fuentes de energía más sostenibles y limpias.