Los investigadores de Ingeniería de la Universidad de Toronto han combinado dos tecnologías emergentes para la energía solar de próxima generación, y descubrieron que cada una ayuda a estabilizar a la otra. El material híbrido resultante es un paso importante para reducir el costo de la energía solar y multiplicar las formas en quepuede ser usado.
Hoy en día, prácticamente todas las células solares están hechas de silicio de alta pureza. Es una tecnología bien establecida, y en los últimos años el costo de fabricación ha disminuido significativamente debido a las economías de escala. Sin embargo, el silicio tiene un límite superior para su eficiencia. AEl equipo dirigido por el profesor Ted Sargent está buscando materiales complementarios que puedan mejorar el potencial de captación solar del silicio mediante la absorción de longitudes de onda de luz que el silicio no hace.
"Dos de las tecnologías que buscamos en nuestro laboratorio son los cristales de perovskita y los puntos cuánticos", dice Sargent. "Ambos son susceptibles de procesamiento de la solución. Imagine una 'tinta solar' que podría imprimirse en plástico flexible para crear un bajo nivel de líquido.costo, células solares flexibles. También podemos combinarlas delante o detrás de las células solares de silicio para mejorar aún más su eficiencia ".
Uno de los desafíos clave que enfrentan las perovskitas y los puntos cuánticos es la estabilidad. A temperatura ambiente, algunos tipos de perovskitas experimentan un ajuste en su estructura cristalina 3D que los hace transparentes: ya no absorben completamente la radiación solar.
Por su parte, los puntos cuánticos deben cubrirse en una capa delgada conocida como capa de pasivación. Esta capa, que solo tiene una sola molécula de grosor, evita que los puntos cuánticos se peguen entre sí. Pero las temperaturas superiores a 100 C pueden destruir elcapa de pasivación, lo que hace que los puntos cuánticos se agreguen o agrupen, destruyendo su capacidad de cosechar luz.
En un artículo publicado hoy en Naturaleza , un equipo de investigadores del laboratorio de Sargent informa una forma de combinar perovskitas y puntos cuánticos que estabiliza ambos.
"Antes de hacer esto, la gente generalmente trataba de abordar los dos desafíos por separado", dice Mengxia Liu, autora principal del artículo.
"La investigación ha demostrado el crecimiento exitoso de estructuras híbridas que incorporaron tanto perovskitas como puntos cuánticos", dice Liu, quien ahora es becario postdoctoral en la Universidad de Cambridge. "Esto nos inspiró a considerar la posibilidad de que los dos materiales pudieran estabilizarse entre sísi comparten la misma estructura cristalina "
Liu y el equipo construyeron dos tipos de materiales híbridos. Uno era principalmente puntos cuánticos con aproximadamente 15% de perovskitas por volumen, y está diseñado para convertir la luz en electricidad. El otro era principalmente perovskitas con menos de 15% de puntos cuánticos por volumen,y es más adecuado para convertir la electricidad en luz, por ejemplo, como parte de un diodo emisor de luz LED.
El equipo pudo demostrar que el material rico en perovskita permaneció estable en condiciones ambientales 25 ° C y 30% de humedad durante seis meses, aproximadamente diez veces más que los materiales compuestos por la misma perovskita sola. En cuanto al material de punto cuántico, cuando se calentó a 100 ° C, la agregación de las nanopartículas fue cinco veces menor que si no se hubieran estabilizado con perovskitas.
"Demostró nuestra hipótesis notablemente bien", dice Liu. "Fue un resultado impresionante más allá de nuestras expectativas".
El nuevo documento proporciona una prueba de concepto de la idea de que este tipo de materiales híbridos pueden mejorar la estabilidad. En el futuro, Liu espera que los fabricantes de células solares tomen sus ideas y las mejoren aún más para crear soluciones solares procesadas en solucióncélulas que cumplen con todos los mismos criterios que el silicio tradicional.
"Los investigadores industriales podrían experimentar usando diferentes elementos químicos para formar las perovskitas o puntos cuánticos", dice Liu. "Lo que hemos demostrado es que esta es una estrategia prometedora para mejorar la estabilidad en este tipo de estructuras".
"Las perovskitas han demostrado un tremendo potencial como materiales solares; pero se necesitan soluciones fundamentales para convertirlas en materiales estables y robustos que puedan cumplir con los exigentes requisitos del sector de las energías renovables", dice Jeffrey C. Grossman, Morton y Claire Goulder yProfesor de Familia en Sistemas Ambientales y profesor en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, que no participó en el estudio ". El estudio de Toronto muestra una nueva y emocionante vía para avanzar en la comprensión y el logro defases estables de cristal de perovskita "
Liu atribuye el descubrimiento en parte al entorno de colaboración en el equipo, que incluyó investigadores de muchas disciplinas, incluidas la química, la física y su propio campo de la ciencia de los materiales.
"Perovskita y puntos cuánticos tienen estructuras físicas distintas, y las similitudes entre estos materiales generalmente se han pasado por alto", dice. "Este descubrimiento muestra lo que puede suceder cuando combinamos ideas de diferentes campos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto . Original escrito por Tyler Irving. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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