Un nuevo diseño para celdas solares que utiliza materiales baratos y comúnmente disponibles podría rivalizar e incluso superar a las celdas convencionales hechas de silicio.
Escribiendo en la edición del 21 de octubre de ciencia los investigadores de Stanford y Oxford describen el uso de estaño y otros elementos abundantes para crear nuevas formas de perovskita, un material cristalino fotovoltaico que es más delgado, más flexible y más fácil de fabricar que los cristales de silicio.
"Los semiconductores de perovskita han demostrado ser muy prometedores para fabricar celdas solares de alta eficiencia a bajo costo", dijo el coautor del estudio Michael McGehee, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford. "Hemos diseñado un dispositivo robusto, todo perovskitaque convierte la luz solar en electricidad con una eficiencia del 20,3 por ciento, una tasa comparable a las células solares de silicio en el mercado actual "
El nuevo dispositivo consta de dos células solares de perovskita apiladas en tándem. Cada célula está impresa en vidrio, pero la misma tecnología podría usarse para imprimir las células en plástico, agregó McGehee.
"Las células en tándem de todo perovskita que hemos demostrado esbozan claramente una hoja de ruta para que las células solares de película delgada ofrezcan más del 30 por ciento de eficiencia", dijo el coautor Henry Snaith, profesor de física en Oxford. "Esto es solo el comienzo"
tecnología en tándem
Estudios anteriores mostraron que agregar una capa de perovskita puede mejorar la eficiencia de las células solares de silicio. Pero un dispositivo en tándem que consta de dos células totalmente perovskita sería más barato y menos intensivo en energía para construir, dijeron los autores.
"Un panel solar de silicio comienza convirtiendo la roca de sílice en cristales de silicio a través de un proceso que involucra temperaturas superiores a los 3.000 grados Fahrenheit 1.600 grados Celsius", dijo el coautor del estudio, Tomas Leijtens, investigador postdoctoral en Stanford.procesarse en un laboratorio a partir de materiales comunes como plomo, estaño y bromo, luego imprimirse en vidrio a temperatura ambiente "
Pero construir un dispositivo en tándem todo perovskita ha sido un desafío difícil. El problema principal es crear materiales de perovskita estables capaces de capturar suficiente energía del sol para producir un voltaje decente.
Una célula típica de perovskita recolecta fotones de la parte visible del espectro solar. Los fotones de mayor energía pueden hacer que los electrones en el cristal de perovskita salten a través de un "espacio de energía" y creen una corriente eléctrica.
Una celda solar con una pequeña brecha de energía puede absorber la mayoría de los fotones pero produce un voltaje muy bajo. Una celda con una brecha de energía más grande genera un voltaje más alto, pero los fotones de menor energía pasan a través de él.
Un dispositivo tándem eficiente consistiría en dos células idealmente combinadas, dijo el co-autor principal Giles Eperon, un estudiante postdoctoral de Oxford actualmente en la Universidad de Washington.
"La celda con la brecha de energía más grande absorbería fotones de mayor energía y generaría un voltaje adicional", dijo Eperon. "La celda con la brecha de energía más pequeña puede recolectar fotones que no son recolectados por la primera celda y aún así producir unvoltaje."
La brecha más pequeña ha demostrado ser el mayor desafío para los científicos. Trabajando juntos, Eperon y Leijtens usaron una combinación única de estaño, plomo, cesio, yodo y materiales orgánicos para crear una celda eficiente con una pequeña brecha de energía.
"Desarrollamos una nueva perovskita que absorbe luz infrarroja de baja energía y ofrece una eficiencia de conversión del 14.8 por ciento", dijo Eperon. "Luego la combinamos con una celda de perovskita compuesta de materiales similares pero con una brecha de energía mayor".
El resultado: un dispositivo en tándem que consta de dos células de perovskita con una eficiencia combinada del 20,3 por ciento.
"Hay miles de posibles compuestos para perovskitas", agregó Leijtens, "pero este funciona muy bien, bastante mejor que cualquier cosa anterior"
Buscando estabilidad
Una preocupación con las perovskitas es la estabilidad. Los paneles solares en la azotea hechos de silicio generalmente duran 25 años o más. Pero algunas perovskitas se degradan rápidamente cuando se exponen a la humedad o la luz. En experimentos anteriores, se descubrió que las perovskitas hechas con estaño eran particularmente inestables.
Para evaluar la estabilidad, el equipo de investigación sometió ambas células experimentales a temperaturas de 212 grados Fahrenheit 100 grados Celsius durante cuatro días.
"Crucialmente, encontramos que nuestras células exhiben una excelente estabilidad térmica y atmosférica, sin precedentes para las perovskitas a base de estaño", escribieron los autores.
"La eficiencia de nuestro dispositivo en tándem ya está muy por encima de las mejores células solares en tándem hechas con otros semiconductores de bajo costo, como pequeñas moléculas orgánicas y silicio microcristalino", dijo McGehee. "Aquellos que ven el potencial se dan cuenta de que estoslos resultados son asombrosos "
El siguiente paso es optimizar la composición de los materiales para absorber más luz y generar una corriente aún mayor, dijo Snaith.
"La versatilidad de las perovskitas, el bajo costo de los materiales y la fabricación, ahora junto con el potencial para lograr eficiencias muy altas, serán transformadores para la industria fotovoltaica una vez que también se pruebe la capacidad de fabricación y la estabilidad aceptable", dijo.
Video: http://youtu.be/MJqh5A3A2Cs
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Mark Shwartz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :