Lo que es cierto para las maquinillas de afeitar de doble hoja también es cierto para las células solares: dos pasos de trabajo son más completos que uno. Apilar dos células solares una encima de la otra, donde la célula superior es semitransparente, lo que convierte eficientemente una gran energíafotones en electricidad, mientras que la celda inferior convierte los fotones de baja energía restantes o transmitidos de manera óptima. Esto permite que una mayor parte de la energía de la luz se convierta en electricidad. Hasta ahora, la sofisticada tecnología necesaria para el procedimiento estaba principalmente confinadaal ámbito de la energía fotovoltaica concentrada o espacial CPV. Estas "células en tándem" cultivadas en obleas monocristalinas muy caras no se consideran atractivas para la producción en masa y la electricidad solar de bajo costo. El equipo de investigación que trabaja bajo Stephan Buecheler y Ayodhya N. Tiwari deel Laboratorio de películas delgadas y fotovoltaica de Empa-Swiss Federal Laboratories for Material Science and Technology ha logrado fabricar células solares en tándem basadas enpelículas delgadas policristalinas, y los métodos son adecuados para el procesamiento de bajo costo de gran área, plásticos flexibles o láminas de metal también podrían usarse como sustrato en el futuro.Esto marca un hito importante en el camino hacia la producción en masa de células solares de alta eficiencia con procesos de bajo costo.
El secreto detrás del nuevo proceso es que los investigadores crean la película de perovskita de células solares superior con un procedimiento de baja temperatura a solo 50 grados Celsius. Esto promete una etapa de producción de ahorro de energía y ahorro de costos para futuros procesos de fabricación.La célula solar arrojó una tasa de eficiencia del 20,5% al convertir la luz en electricidad. Ya con este primer intento, los investigadores de Empa han enfatizado que tiene mucho más potencial para ofrecer una mejor conversión del espectro solar en electricidad.
balones de fútbol moleculares como sustrato para el cristal mágico
La clave de este doble éxito fue el desarrollo de una célula solar semitransparente eficiente del 14.2%, con una transparencia promedio del 72%, hecha de yoduro de plomo de metilamonio depositado en forma de pequeños cristales de perovskita. La perovskita se cultiva en una capa intermedia delgadahecho de la sustancia abreviada como PCBM éster metílico de ácido fenil-C61-butírico. Cada molécula de PCBM contiene 61 átomos de carbono interconectados en forma de balón de fútbol. La película de perovskita se prepara mediante una combinación de deposición de vapor y recubrimiento por rotación.sobre esta capa, que tiene una pequeña estructura similar a la de un balón de fútbol, seguida de un recocido a una temperatura "tibia". Este cristal mágico de perovskita absorbe el espectro azul y amarillo de la luz visible y los convierte en electricidad. Por el contrario, la luz roja y la radiación infrarroja simplemente pasana través del cristal. Como resultado, los investigadores pueden unir una célula solar adicional debajo de la célula de perovskita semitransparente para convertir la luz restante en electricidadtriciudad.
Ventaja de la celda de doble capa: mejor uso del espectro de la luz solar
Para la capa inferior de la célula solar en tándem, los investigadores de Empa utilizan una célula CIGS diselenuro de cobre, indio y galio, una técnica que el equipo ha estado investigando durante años. Basado en las células CIGS, la producción a pequeña escala ya está bajoforma de células solares flexibles ver Empa News del 11 de junio de 2015. La ventaja de las células solares en tándem es que explotan mejor la luz solar. Una célula solar solo puede convertir la radiación con un nivel de energía superior al intervalo de banda del semiconductor utilizado.la energía de radiación es más baja, no se genera electricidad. Si la radiación es más alta en energía, el exceso de energía radiada se convierte en calor y se pierde. Una célula solar de doble capa como la célula CIGS de perovskita de Empa puede combinar sustancias con diferentes bandgaps y, por lo tanto, eficientementeconvertir una mayor parte de la energía solar incidente en electricidad.
Más del 30% de eficiencia es posible
Si bien las células solares policristalinas de una sola capa muy buenas pueden convertir prácticamente un máximo del 25% de la energía solar en electricidad, las células solares en tándem podrían aumentar esta cifra a más del 30%. Según Ayodhya Tiwari, director de Thin Film yLaboratorio fotovoltaico. Sin embargo, dice que se necesita mucho trabajo de investigación antes de que eso sea posible ". Lo que hemos logrado ahora es solo el comienzo. Tendremos que superar muchos obstáculos antes de alcanzar este ambicioso objetivo. Para lograrlo, necesitaremos mucha experiencia interdisciplinaria y una gran cantidad de experimentos combinatorios hasta que encontremos una celda semitransparente de alto rendimiento junto con la celda base correcta y tecnologías para las interconexiones eléctricas de estas celdas solares ".
Stephan Bücheler, quien coordina la investigación de laboratorio en el equipo de Tiwari, nos recuerda que la carrera por la eficiencia en la investigación de células solares no es solo un espectáculo académico ". Cuando se produce electricidad con energía solar, solo la mitad de los costos se reducen amódulo solar en sí. La otra mitad se incurre para la infraestructura: inversores, cables, soportes para las celdas, costos de ingeniería e instalación. Estos costos auxiliares se reducen cuando las celdas solares se vuelven más eficientes y como resultado se pueden construir en tamaños más pequeños.Esto significa que las células solares eficientes son la clave para la electricidad renovable de bajo costo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios federales suizos de ciencia y tecnología de materiales EMPA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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