Fotónica Ultrarrápida para el Diseño de Nuevos Materiales y la Captura Eficiente de Energía

Fulmaten-CM pretende mejorar la eficiencia de células fotovoltáicas a partir de la filmación en escalas de attosegundos de sus procesos de transferencia de carga y la optimización de éstos

En 2017, hace escasamente dos años, investigadores españoles e italianos (liderados por Fernando Martín y Mauro Nisoli) formularon las bases de la attoquímica, materia que estudia el movimiento de los electrones durante una reacción química para su manipulación y control a través de pulsos de luz de attosegundos (10-18 segundos, intervalo de tiempo más corto jamás medido). Entre las aplicaciones potenciales de esta disciplina es la mejora de las células fotovoltaicas, fuentes de energía limpia y renovable vitales en la lucha contra las causas del cambio climático, a través de la optimización de su eficiencia energética.

El proyecto sinérgico Fulmaten-CM ha sido diseñado en torno a dos nodos, liderados por Fernando Martín (Grupo de Modelización, IMDEA Nanociencia) y Luis Bañares (Grupo de Dinámica de la Reacción Química y Femtoquímica, Facultad de Químicas de la 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 durante los primeros attosegundos de 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 el primer dispositivo de Madrid capaz de visualizar en tiempo real procesos que ocurren en la escala de attosegundos. 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 fotovoltáicas, para tratar de mejorar su eficiencia energética actual (menor 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 de diversas formas en Fulmaten-CM.

Se espera que a la finalización del proyecto, de 3 años, la Comunidad de Madrid se acerque al nivel que actualmente tienen Alemania, Reino Unido y Estados Unidos en cuanto a capacidad para visualizar procesos a escalas de attosegundos en sistemas en fases gas y condensada. Si añadimos a esto 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 fotovoltaicas, 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 euros de financiación de la Comunidad de Madrid, concedidos por el programa de Sinergias 2018 de la Consejería de Educación e Investigación a los nodos centrales de IMDEA Nanociencia y la Universidad Complutense de Madrid.

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