Los investigadores han demostrado cómo una alternativa no tóxica al plomo podría formar la base de las células solares de próxima generación.
El equipo de investigadores, de la Universidad de Cambridge y los Estados Unidos, ha utilizado métodos teóricos y experimentales para mostrar cómo podría usarse el bismuto, el llamado "elemento verde" que se encuentra al lado del plomo en la tabla periódica.en células solares de bajo costo. Sus resultados, reportados en la revista Materiales avanzados , sugiera que las células solares que incorporan bismuto pueden replicar las propiedades que permiten las propiedades excepcionales de las células solares basadas en plomo, pero sin las mismas preocupaciones de toxicidad. Pruebas posteriores realizadas por otro grupo de investigación mostraron que las células basadas en bismuto pueden convertir la luz en energía enEficiencias de hasta el 22%, que es comparable a las células solares más avanzadas actualmente en el mercado.
La mayoría de las células solares que vemos que cubren campos y tejados están hechas de silicio. Aunque el silicio es altamente eficiente para convertir la luz en energía, tiene una "tolerancia a defectos" muy baja, lo que significa que el silicio necesita tener niveles muy altosde pureza, lo que hace que la producción sea intensiva en energía.
En los últimos años, los investigadores han estado buscando materiales que puedan funcionar a niveles similares o mejores que el silicio, pero que no necesitan niveles de pureza tan altos, lo que los hace más baratos de producir. El grupo más prometedor de estos nuevos materialesse llaman perovskitas de haluro de plomo híbrido, que parecen prometer una revolución en el campo de la energía solar.
Además de ser baratas y fáciles de producir, las células solares de perovskita, en el espacio de unos pocos años, se han vuelto casi tan eficientes energéticamente como el silicio. Sin embargo, a pesar de su enorme potencial, las células solares de perovskita también son algo controvertidas dentro delcomunidad científica, ya que el plomo es parte integral de su estructura química. Si el plomo contenido dentro de las células solares de perovskita representa un riesgo tangible para los humanos, los animales y el medio ambiente se está debatiendo, sin embargo, algunos científicos ahora están buscando materiales no tóxicos que puedan reemplazarel plomo en las células solares de perovskita sin afectar negativamente el rendimiento.
"Queríamos descubrir por qué los defectos no parecen afectar el rendimiento de las células solares de perovskita de haluro de plomo tanto como lo harían en otros materiales", dijo el Dr. Robert Hoye del Laboratorio Cavendish de Cambridge y el Departamento de Ciencia y Metalurgia de Materiales, y el autor principal del artículo: "Si podemos descubrir qué tienen de especial, quizás podamos replicar sus propiedades utilizando materiales no tóxicos".
En colaboración con colegas del MIT, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y la Escuela de Minas de Colorado en los EE. UU., Los investigadores de Cambridge han demostrado que el bismuto, que se encuentra junto al plomo en la tabla periódica, podría ser una alternativa no tóxica al plomopara uso en células solares de próxima generación. El bismuto, conocido como el "elemento verde", se usa ampliamente en cosméticos, productos para el cuidado personal y medicamentos. Al igual que el plomo, es un metal pesado, pero no es tóxico.
Para este estudio, Hoye y sus colegas analizaron el oxioduro de bismuto, un material que se investigó previamente para su uso en células solares y separación de agua, pero que no se consideró adecuado debido a su baja eficiencia y a su degradación en electrolitos líquidos.Los investigadores utilizaron métodos teóricos y experimentales para revisar este material para su posible uso en células solares de estado sólido.
Encontraron que el oxioduro de bismuto es tan tolerante a los defectos como las perovskitas de haluro de plomo. El oxioduro de bismuto también es estable en el aire durante al menos 197 días, lo que es una mejora significativa sobre algunos compuestos de perovskita de haluro de plomo.dos electrodos de óxido, pudieron demostrar un rendimiento récord, con el dispositivo convirtiendo el 80% de la luz en carga eléctrica.
Los dispositivos a base de bismuto pueden fabricarse utilizando técnicas industriales comunes, lo que sugiere que pueden producirse a escala y a bajo costo.
"El oxioduro de bismuto tiene todos los atributos de propiedad física correctos para los absorbedores de luz nuevos y altamente eficientes", dijo la coautora, la profesora Judith Driscoll, del Departamento de Ciencia y Metalurgia de los Materiales. "Pensé por primera vez en este compuesto hace unos cinco años,pero se necesitaron las habilidades experimentales y teóricas altamente especializadas de un gran equipo para demostrar que este material tiene un potencial práctico real ".
"Este trabajo muestra que las teorías anteriores sobre el oxioduro de bismuto no estaban equivocadas, y estos compuestos tienen el potencial de ser células solares exitosas", dijo Hoye, quien es investigador junior en el Magdalene College.superficie de lo que pueden hacer estos compuestos "
"Anteriormente, la comunidad global de investigación de células solares ha estado buscando materiales no tóxicos que replican la tolerancia a defectos de las perovskitas, pero sin mucho éxito en términos de rendimiento fotovoltaico", dijo el Dr. David Scanlon, un teórico de UCL no involucradoen este trabajo ". Cuando vi este trabajo, mi equipo calculó en base a las propiedades ópticas que el oxioduro de bismuto tiene un límite teórico del 22% de eficiencia, que es comparable al silicio y las mejores células solares de perovskita. Hay mucho más que podríamos obtenera partir de este material a partir del trabajo de este equipo "
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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