Un nuevo diseño de celda solar amigable con la transparencia podría unir altas eficiencias con una vida útil estimada de 30 años, según ha demostrado una investigación dirigida por la Universidad de Michigan. Puede allanar el camino para las ventanas que también proporcionan energía solar.
"La energía solar es la forma más barata de energía que la humanidad ha producido desde la revolución industrial", dijo Stephen Forrest, profesor universitario distinguido de ingeniería eléctrica Peter A. Franken, que dirigió la investigación. "Con estos dispositivos utilizados enventanas, su edificio se convierte en una planta de energía. "
Si bien el silicio sigue siendo el rey para la eficiencia de los paneles solares, no es transparente. Para los paneles solares aptos para ventanas, los investigadores han estado explorando materiales orgánicos o basados en carbono. El desafío para el equipo de Forrest era cómo prevenirlos materiales orgánicos que convierten la luz se degraden rápidamente durante el uso.
La fuerza y la debilidad de estos materiales radican en las moléculas que transfieren los electrones fotogenerados a los electrodos, los puntos de entrada al circuito que usa o almacena la energía solar. Estos materiales se conocen generalmente como "aceptores no fullerenos"para diferenciarlos de los "aceptores de fullereno" más robustos pero menos eficientes hechos de malla de carbono a nanoescala. Las células solares fabricadas con aceptores que no son de fullereno que incorporan azufre pueden lograr eficiencias que compiten con el silicio del 18%, pero no duran tanto.
El equipo, que incluye investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Tianjin y la Universidad de Zhejiang en China, se propuso cambiar eso. En sus experimentos, demostraron que sin proteger el material que convierte la luz solar, la eficiencia se redujo a menos del 40%de su valor inicial dentro de las 12 semanas bajo el equivalente a la iluminación de 1 sol.
"Los aceptores que no son de fullereno causan una eficiencia muy alta, pero contienen enlaces débiles que se disocian fácilmente bajo fotones de alta energía, especialmente los fotones UV [ultravioleta] comunes en la luz solar", dijo Yongxi Li, científico asistente de investigación de la UM en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación.y primer autor del artículo en Comunicaciones de la naturaleza .
Al estudiar la naturaleza de la degradación en esas células solares desprotegidas, el equipo reconoció que solo necesitaban apuntalar en unos pocos lugares. Primero, necesitarían bloquear esa luz ultravioleta. Para eso, agregaron una capa deóxido de zinc, un ingrediente de protección solar común, en el lado del vidrio que da al sol.
Una capa de óxido de zinc más delgada junto a la región absorbente de luz ayuda a conducir los electrones generados por el sol al electrodo. Desafortunadamente, también descompone el absorbente de luz frágil, por lo que el equipo agregó una capa de un material a base de carbono llamado IC-SAM como búfer.
Además, el electrodo que dibuja "agujeros" cargados positivamente - esencialmente espacios desocupados por electrones - en el circuito también puede reaccionar con el absorbedor de luz. Para proteger ese flanco, agregaron otra capa amortiguadora, esta un fullerenocon forma de pelota de fútbol.
Luego, el equipo probó sus nuevas defensas bajo diferentes intensidades de luz solar simulada, desde el típico sol 1 hasta la luz de 27 soles, y temperaturas de hasta 150 grados Fahrenheit. Al estudiar cómo se degradaba el rendimiento en estas condiciones, el equipo extrapolóque las células solares seguirían funcionando al 80% de eficiencia después de 30 años.
Forrest ve un futuro de estos dispositivos "llegando a una ventana cercana a usted". Su equipo ya ha aumentado la transparencia del módulo al 40%. Creen que pueden acercarse al 60% de transparencia.
También están trabajando para aumentar la eficiencia del 10% logrado en los módulos semitransparentes reportados, más cerca del 15% que se cree que es posible con alta transparencia. Debido a que los materiales se pueden preparar como líquidos, se esperan los costos de fabricaciónser relativamente bajo.
Parte de la investigación se llevó a cabo en las instalaciones de nanofabricación de UM Lurie. Forrest también es profesor de ingeniería Paul G. Goebel. Es profesor de ingeniería eléctrica e informática, física y ciencia e ingeniería de materiales.
La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Naval y la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU.. Universal Display Corp. tiene una licencia para el trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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