Con el alto costo ambiental de las fuentes de energía convencionales y el suministro finito de combustibles fósiles, la importancia de las fuentes de energía renovables se ha vuelto mucho más evidente en los últimos años. Sin embargo, aprovechar de manera eficiente la energía solar para uso humano ha sido una tarea difícil.Las células solares a base de silicio se pueden utilizar para capturar la energía de la luz solar, son costosas de producir a escala industrial.Investigación de la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, dirigida por el Prof.Yabing Qi, se ha centrado en el uso de películas de perovskita de haluro organo-metálico en células solares. Estas películas de perovskita son materiales altamente cristalinos que pueden formarse mediante una gran cantidad de combinaciones químicas diferentes y pueden depositarse a bajo costo. Publicaciones recientes del Prof. Qi'sEl laboratorio cubre tres áreas diferentes de innovación en la investigación de películas de perovskita: un novedoso tratamiento posterior al recocido para aumentar la eficiencia y la estabilidad de la perovskita, addescubrimiento de los productos de descomposición de una perovskita específica, y un nuevo medio para producir perovskitas que mantiene la eficiencia solar cuando se amplía.
Para ser útiles como células solares, las películas de perovskita deben ser capaces de recolectar energía solar con una alta eficiencia que sea rentable, relativamente fácil de fabricar y poder resistir el ambiente exterior durante un largo período de tiempoEl Dr. Yan Jiang en el laboratorio del Prof. Qi ha publicado recientemente una investigación en Horizontes de materiales que puede ayudar a aumentar la eficiencia solar del haluro de organo-metal perovskita MAPbI 3 . Descubrió que el uso de una solución de metilamina durante el recocido posterior condujo a una disminución de los problemas asociados con los límites de grano. Los límites de grano se manifiestan como espacios entre dominios cristalinos y pueden conducir a una recombinación de carga no deseada. Esto es una ocurrencia común en perovskitapelículas y pueden reducir su eficiencia, haciendo que la mejora de los problemas de límite de grano sea esencial para mantener un alto rendimiento del dispositivo. El novedoso tratamiento posterior al recocido del Dr. Jiang produjo células solares que habían fusionado los límites de grano, redujo la recombinación de carga y mostró una eficiencia de conversión sobresaliente del 18.4%Sus películas de perovskita tratadas también exhibieron una estabilidad y reproducibilidad excepcionales, haciendo que su método sea útil para la producción industrial de células solares.
Una de las mayores desventajas del uso de perovskitas en comparación con el silicio en las células solares es su vida útil relativamente corta. Para crear una célula solar que pueda resistir el ambiente exterior durante un largo período de tiempo, es crucial determinarlos principales productos de la descomposición de perovskita. Investigaciones previas sobre MAPbI 3 las películas de perovskita llevaron a la conclusión de que los productos gaseosos de la degradación térmica de este material eran metilamina CH 3 NH 2 y yoduro de hidrógeno HI.Sin embargo, una nueva investigación emocionante del Dr. Emilio J. Juárez-Pérez, también en el laboratorio del Prof. Qi, publicado en Energía y ciencias ambientales , muestra que los principales productos de degradación gaseosos son yoduro de metilo CH 3 I y amoníaco NH 3 en su lugar.El Dr. Juárez-Pérez utilizó una combinación de análisis térmico diferencial gravimétrico térmico TG-DTA y espectrometría de masas MS para determinar correctamente la pérdida de masa y la naturaleza química de estos productos.Debido a que los productos de descomposición ahora se han identificado correctamente, los investigadores pueden buscar formas de prevenir la degradación del material, lo que lleva a materiales más estables para su uso en el futuro.
Un problema generalizado en la investigación académica es a menudo la incapacidad de ampliar los experimentos para su uso en la industria. Si bien las películas de perovskita se pueden hacer con relativa facilidad a pequeña escala en el laboratorio, pueden ser difíciles de replicar a gran escala paraProducción en masa. Una nueva investigación del Dr. Matthew Leyden en el Journal of Materials Chemistry A tiene el potencial de hacer que la producción industrial de perovskitas sea mucho más fácil. Su trabajo utiliza la deposición química de vapor, un proceso rentable comúnmente utilizado en la industria, para crear grandes solares.células y módulos de FAPbI 3 perovskitas. Esta es una de las primeras demostraciones de células y módulos solares de perovskita fabricados por un método ampliamente empleado en la industria, lo que hace que la producción en masa de películas de perovskita sea más factible. Las células y módulos solares producidos son significativamente más grandes, por ejemplo, 12 cm 2 , que los comúnmente estudiados en la academia, típicamente <0.3cm 2 . Estos módulos solares muestran una estabilidad térmica mejorada y eficiencias relativamente altas, lo cual es impresionante ya que muchas células solares de perovskita pierden eficiencia drásticamente a medida que se amplían, lo que hace que este tipo de investigación sea útil para fines comerciales.
La investigación de la unidad de investigación del Prof. Qi ha llevado a las células solares de perovskita un paso más cerca de la producción en masa al proporcionar soluciones a los problemas de eficiencia, vida útil y escalabilidad. Con una investigación más emocionante en el horizonte, la unidad está trayendo el sueño deutilizando recursos rentables de energía renovable en la realidad.
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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