El futuro se vuelve más brillante para la energía solar. Investigadores de CU Boulder han creado una celda solar de bajo costo con una de las eficiencias de conversión de energía más altas hasta la fecha, colocando celdas en capas y utilizando una combinación única de elementos.
"Tomamos un producto que es responsable de una industria de $ 30 mil millones al año y lo hicimos un 30% mejor", dijo Michael McGehee, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y coautor de un artículo que se publicarámañana en ciencia , que describe la tecnología. "Eso es muy importante".
Los investigadores tomaron una celda solar de perovskita, una estructura cristalina diseñada para recolectar fotones de mayor energía, y la colocaron en capas sobre una celda solar de silicio, que captura más fotones en la parte infrarroja del espectro, que se compone deenergía radiante que no podemos ver, pero que podemos sentir como calor. Combinada, la perovskita eleva una célula solar de silicio al 21% hasta una eficiencia del 27%, incrementándola en un tercio.
Durante años, las células solares de silicio han sido el estándar en la industria de la energía solar. Pero las células actuales basadas en silicio solo convierten del 18% al 21% de la energía solar en electricidad utilizable en promedio, y alcanzan un máximo de aproximadamente el 26,6%.
Esto significa que ahora cuesta más instalar las celdas que comprarlas, dijo McGehee, miembro del Instituto de Energía Renovable y Sostenible.
La eficiencia promedio de los paneles solares es menor que la eficiencia máxima, porque no importa qué tan buena sea una celda solar pequeña individual, perderá alrededor de tres puntos porcentuales cuando se aplica sobre un panel grande, algo así como un equipo deportivo solamentesiendo tan bueno como su reproductor promedio. Pero si puede aumentar la eficiencia general, no tiene que instalar tantos paneles para obtener la misma cantidad de energía.
Lo que mejora drásticamente la eficiencia es colocar otra celda solar encima de una existente, y eso es exactamente lo que hicieron McGehee y sus colegas investigadores.
Una fórmula secreta asequible
Esta no es la primera vez que los investigadores colocan células solares en capas para ganar eficiencia. El concepto, también conocido como células solares en tándem o de múltiples uniones, se introdujo por primera vez en la década de 1970, y el récord mundial de eficiencia de las células solares ya esmás del 45%. Sin embargo, tuvo un precio elevado: $ 80.000 por metro cuadrado, debido al hecho de que las células se cultivaron una capa atómica a la vez, creando un gran cristal único. Probablemente no sea un costo que el propietario promedio o la empresapermitirse.
McGehee y sus colegas investigadores son los pioneros en una nueva dirección de células solares en capas, que utilizan perovskitas, que cuestan más de cien veces menos.
Comenzaron hace menos de 10 años con el concepto de usar materiales menos costosos en la parte superior del silicio, y al principio solo lograron alrededor del 13% de eficiencia. Pero a través de mejoras tecnológicas han podido más del doble de ese número.
Su fórmula secreta involucra una aleación única de triple haluro de cloro, bromo y yodo.
En las células solares, hay una banda prohibida ideal, según McGehee. Este es el espacio entre los niveles de energía en un semiconductor, entre los cuales los electrones saltan y crean energía eléctrica.
El bromo puede aumentar esta banda prohibida, pero cuando se usa con yodo y se expone a la luz, estos elementos no siempre permanecen en su lugar. Estudios anteriores han intentado usar cloro y yodo juntos, pero debido a los diferentes tamaños de partículas de estos elementos,no cabía suficiente cloro en la estructura cristalina de la perovskita. Pero al usar diferentes cantidades de cloro, bromo y yodo, los investigadores descubrieron una forma de encoger la estructura cristalina, permitiendo que entre más cloro, estabilizando y mejorando la eficiencia de la célula..
Las perovskitas también son económicas, no consumen mucha energía y son fáciles de crear en el laboratorio. E incluso después de 1000 horas, o casi 42 días, de pruebas intensivas de luz y calor, estas nuevas células solares mostraron un cambio mínimo en sueficiencia inicial.
Con el mercado de la energía solar creciendo alrededor del 30% por año, la eficiencia, el costo y la longevidad son consideraciones importantes por las cuales las nuevas tecnologías se convertirán en la corriente principal.
McGehee es optimista sobre el potencial de esta celda solar de perovskita en capas de banda ancha.
No solo ha superado ahora la eficiencia máxima de una celda solar de solo silicio, "creemos que puede llevarnos una eficiencia superior al 30% y que puede ser estable", dijo McGehee.
Los autores adicionales de este estudio incluyen a Jixian Xu, co-primer autor e investigador postdoctoral, Jérémie Werner, investigador postdoctoral, y Daniel Witter, estudiante graduado, en Ingeniería Química y Biológica en la Universidad de Colorado Boulder; Caleb Boyd, co-primerautor, visitante en la Universidad de Colorado Boulder y NREL, y estudiante de posgrado en la Universidad de Stanford; así como investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, la Universidad de Stanford y la Universidad Estatal de Arizona.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Colorado en Boulder . Original escrito por Kelsey Simpkins. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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