Unir pequeñas células solares, como micro lentes en el ojo compuesto de un insecto, podría allanar el camino a una nueva generación de fotovoltaicos avanzados, dicen los científicos de la Universidad de Stanford.
En un nuevo estudio, el equipo de Stanford utilizó el diseño inspirado en insectos para proteger un material fotovoltaico frágil llamado perovskita que no se deteriora cuando se expone al calor, la humedad o el estrés mecánico. Los resultados se publican en la revista Energía y ciencias ambientales E&ES.
"Las perovskitas son materiales prometedores y de bajo costo que convierten la luz solar en electricidad tan eficientemente como las células solares convencionales hechas de silicio", dijo Reinhold Dauskardt, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y autor principal del estudio. "El problema es quelas perovskitas son extremadamente inestables y mecánicamente frágiles. Apenas sobrevivirán al proceso de fabricación, y mucho menos serán duraderas a largo plazo en el medio ambiente ".
La mayoría de los dispositivos solares, como los paneles de los tejados, usan un diseño plano o plano. Pero ese enfoque no funciona bien con las células solares de perovskita.
"Las perovskitas son los materiales más frágiles jamás probados en la historia de nuestro laboratorio", dijo el estudiante graduado Nicholas Rolston, coautor principal del estudio E&ES. "Esta fragilidad está relacionada con la estructura cristalina frágil y salina deperovskita, que tiene propiedades mecánicas similares a la sal de mesa "
Ojo de la mosca
Para abordar el desafío de la durabilidad, el equipo de Stanford recurrió a la naturaleza.
"Nos inspiramos en el ojo compuesto de la mosca, que consta de cientos de pequeños ojos segmentados", explicó Dauskardt. "Tiene una hermosa forma de panal con redundancia incorporada: si pierde un segmento, cientos de otros lo haránoperar. Cada segmento es muy frágil, pero está protegido por una pared de andamio a su alrededor ".
Usando el ojo compuesto como modelo, los investigadores crearon una célula solar compuesta que consta de un gran panal de microcélulas de perovskita, cada una encapsulada en un andamio en forma de hexágono de solo 0.02 pulgadas 500 micras de ancho.
"El andamio está hecho de una resina epoxi de bajo costo ampliamente utilizada en la industria de la microelectrónica", dijo Rolston. "Es resistente a las tensiones mecánicas y, por lo tanto, mucho más resistente a las fracturas".
Las pruebas realizadas durante el estudio revelaron que el andamiaje tuvo poco efecto sobre la capacidad de la perovskita para convertir la luz en electricidad.
"Obtuvimos casi las mismas eficiencias de conversión de potencia de cada pequeña celda de perovskita que obtendríamos de una celda solar plana", dijo Dauskardt. "Así que logramos un enorme aumento en la resistencia a la fractura sin penalización por la eficiencia".
durabilidad
¿Pero podría el nuevo dispositivo resistir el tipo de calor y humedad que soportan los paneles solares de techo convencionales?
Para descubrir, los investigadores expusieron las células de perovskita encapsuladas a temperaturas de 185 grados Fahrenheit 85 grados Celsius y 85 por ciento de humedad relativa durante seis semanas. A pesar de estas condiciones extremas, las células continuaron generando electricidad a tasas de eficiencia relativamente altas.
Dauskardt y sus colegas han presentado una patente provisional para la nueva tecnología. Para mejorar la eficiencia, están estudiando nuevas formas de dispersar la luz desde el andamio al núcleo de perovskita de cada celda.
"Estamos muy entusiasmados con estos resultados", dijo. "Es una nueva forma de pensar en el diseño de células solares. Estas células de andamio también se ven realmente geniales, por lo que hay algunas posibilidades estéticas interesantes para aplicaciones en el mundo real".
Los otros coautores principales del estudio E&ES son los académicos postdoctorales de Stanford Brian Watson y Adam Printz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :