Un nuevo estudio del St. Mary's College de Maryland nos acerca a la tecnología de células solares en aerosol de bricolaje, que promete células solares de tercera generación que utilizan una deposición de tinta de nanocristales que podría hacer que la energía solar tradicional a base de silicio sea costosapaneles cosa del pasado.
En un estudio de 2014, publicado en la revista Física Química Física Química , el profesor de energía del St. Mary's College of Maryland, profesor Troy Townsend, presentó la primera tecnología fotovoltaica totalmente inorgánica totalmente procesada en solución.
Si bien el progreso en la energía fotovoltaica de película delgada orgánica está creciendo rápidamente, los dispositivos inorgánicos aún mantienen el récord de eficiencias más altas, en parte debido a su amplia absorción espectral y excelentes propiedades electrónicas. Teniendo en cuenta las eficiencias más altas registradas y el menor costo por vatio en comparación condispositivos orgánicos, combinados con la estabilidad térmica y fotográfica mejorada de los materiales inorgánicos a escala masiva, Townsend, en su estudio de 2014, se centró en una estructura totalmente inorgánica para la fabricación de una célula solar totalmente basada en soluciones de arriba a abajo.
Sin embargo, una desventaja importante en comparación con los orgánicos es que los materiales inorgánicos son difíciles de depositar de la solución. Para superar esto, Townsend sintetizó materiales en la nanoescala. Los nanocristales inorgánicos encerrados en una cubierta de ligando orgánico son solubles en solventes orgánicos y pueden depositarsede la solución es decir, recubrimiento por rotación, inmersión, rociado, mientras que los materiales inorgánicos tradicionales requieren una cámara de vacío a alta temperatura.Los dispositivos solares están fabricados con tintas de partículas a nanoescala de las capas absorbentes de luz, teluro de cadmio / seleniuro de cadmio y tintas metálicasarriba y abajo. De esta manera, todo el dispositivo electrónico puede construirse sobre sustratos de vidrio no conductivo utilizando equipos que puede encontrar en su cocina.
El desafío sobresaliente que enfrentan los nanocristales inorgánicos 3-5 nm es que deben ser recocidos o calentados para formar granos de 'escala masiva' más grandes 100 nm a 1 μm para producir dispositivos de trabajo. Townsend recientemente se asoció con Navyinvestigadores para explorar este proceso.
"Cuando rocías estos nanocristales, tienes que calentarlos para que funcionen", explicó Townsend, "pero no puedes calentar los cristales por sí mismos, tienes que agregar un agente de sinterización y eso, por último40 años, ha sido el cloruro de cadmio, una sal tóxica utilizada en dispositivos comerciales de película delgada. Nadie ha probado alternativas no tóxicas para dispositivos de tinta a nanoescala, y queríamos explorar el mecanismo del proceso de sinterización para poder implementar sales más seguras"
En su último estudio, publicado este año en el Revista de Química de Materiales A Townsend, junto con investigadores de la Marina, descubrieron que el cloruro de amonio es una alternativa viable no tóxica y económica al cloruro de cadmio para las células solares de nanocristales. Este descubrimiento se produjo después de probar varias sales diferentes. Dispositivos fabricados con cloruro de amonio que se usa comúnmenteen la fabricación de pan tenía características de dispositivo comparables a las hechas con cloruro de cadmio, y el alejamiento de los tratamientos con sal de cadmio alivia las preocupaciones sobre la salud ambiental y la seguridad de los métodos de procesamiento actuales.
El equipo también descubrió que el papel del tratamiento de la sal implica reacciones cruciales de eliminación de ligandos. Esto es exclusivo de los nanocristales inorgánicos y no se observa para los métodos de deposición al vacío a gran escala. "Se ha realizado una gran cantidad de trabajo emocionante en el intercambio de ligandos de nanocristales, pero, por primera vez, dilucidamos el doble papel de la sal como agente de intercambio de ligando y agente de sinterización simultánea. Esta es una distinción importante para estos dispositivos, porque los nanocristales se sintetizan típicamente con una cubierta de ligando orgánico nativo.debe eliminarse antes de calentar para mejorar las propiedades electrónicas de la película ", dijo Townsend sobre el descubrimiento. Debido a que los nanomateriales están a la vanguardia de las nuevas propiedades emergentes en comparación con su contraparte a granel, el estudio es importante para el futuro del dispositivo electrónicofabricación.
La investigación se produce tras el anuncio de la Administración de Obama en julio de colocar más paneles solares en viviendas de bajos ingresos y ampliar el acceso a la energía solar para los inquilinos, y la promesa reciente de obtener el 20 por ciento de la electricidad total de los EE. UU. De fuentes renovables porel año 2030.
"En este momento, la tecnología solar es algo inalcanzable para la persona promedio", dijo Townsend. "El sueño es hacer que el proceso de montaje e instalación sea tan barato y simple que pueda ir a su tienda local de mejoras para el hogar y comprar un kit yluego rocíelo en su propio techo. Es por eso que estamos trabajando en celdas solares rociadas ". Townsend planea realizar más investigaciones para aumentar la eficiencia de las celdas solares de nanocristales totalmente inorgánicas que actualmente alcanzan el cinco por ciento, mientras construimoscon componentes completamente no tóxicos
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Colegio de Santa María de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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