Las ventanas inteligentes que son transparentes cuando está oscuro o frío pero se oscurecen automáticamente cuando el sol está demasiado brillante son dispositivos de ahorro de energía cada vez más populares. Pero imagine que cuando la ventana se oscurece, simultáneamente produce electricidad. Tal material - un fotovoltaicovidrio que también es reversiblemente termocrómico: es una tecnología ecológica en la que los investigadores han trabajado durante mucho tiempo, y ahora, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab han demostrado una forma de hacerlo funcionar.
Investigadores en Berkeley Lab, un laboratorio nacional del Departamento de Energía DOE, descubrieron que una forma de perovskita, uno de los materiales más populares en la investigación solar actualmente debido a su alta eficiencia de conversión, funciona sorprendentemente bien como un material semiconductor estable y fotoactivoque se puede cambiar de forma reversible entre un estado transparente y un estado no transparente, sin degradar sus propiedades electrónicas.
La investigación, dirigida por Peidong Yang de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, se publicó esta semana en la revista Materiales de la naturaleza en un estudio titulado, "Células solares de perovskita de haluro termocrómico". Los autores principales fueron Jia Lin, Minliang Lai y Letian Dou, todos en el grupo de investigación de Yang.
Los científicos hicieron el descubrimiento mientras investigaban la transición de fase del material, una perovskita inorgánica. "Esta clase de perovskita de haluro inorgánico tiene una increíble química de transición de fase", dijo Yang, quien también es profesor en los departamentos de Química de UC Berkeley, yCiencia e ingeniería de materiales: "Puede cambiar esencialmente de una estructura cristalina a otra cuando cambiamos ligeramente la temperatura o introducimos un poco de vapor de agua".
Cuando el material cambia su estructura cristalina, cambia de transparente a no transparente. "Estos dos estados tienen exactamente la misma composición pero estructuras cristalinas muy diferentes", dijo. "Eso fue muy interesante para nosotros. Así que puedes fácilmentemanipúlelo de tal manera que no esté fácilmente disponible en los semiconductores convencionales existentes ".
Los materiales de perovskita de haluro son compuestos que tienen la estructura cristalina del mineral perovskita. Sus propiedades únicas, altas tasas de eficiencia y facilidad de procesamiento lo han convertido en uno de los desarrollos más prometedores en tecnología solar en los últimos años.
Investigadores de otro laboratorio del DOE, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable NREL, recientemente hicieron un descubrimiento relacionado, utilizando una reacción química en una perovskita híbrida para demostrar una ventana solar conmutable.
Los investigadores de Berkeley Lab no se propusieron originalmente desarrollar una ventana solar termocrómica. Estaban investigando las transiciones de fase en las células solares de perovskita y tratando de mejorar la estabilidad en el prototipo de yoduro de plomo de metilamonio híbrido orgánico-inorgánico prototípico. Así que intentaron usar cesiopara reemplazar el metilamonio.
"La estabilidad química mejoró dramáticamente, pero desafortunadamente la fase no fue estable", dijo Dou, quien era investigador postdoctoral y ahora es profesor asistente en la Universidad de Purdue. "Se transformó en la fase de baja T [temperatura].Fue un inconveniente, pero luego lo convertimos en algo único y útil ".
El material se activa para la transición de la fase baja a alta T o de transparente a no transparente mediante la aplicación de calor. En el laboratorio, la temperatura requerida era de aproximadamente 100 grados Celsius. Yang dijo que están trabajando parabajarlo a 60 C.
Lin, un becario postdoctoral de Berkeley Lab, dijo que la humedad o humedad se utilizó en el laboratorio para desencadenar la transición inversa. "La cantidad de humedad necesaria depende de la composición y el tiempo de transición deseado", dijo. "Por ejemplo, más bromuro hace que el material sea más estable, por lo que la misma humedad requeriría más tiempo para transformarse del estado de alta T a baja ".
Los investigadores también continuarán trabajando en el desarrollo de formas alternativas para desencadenar la transición inversa, como la aplicación de voltaje o la ingeniería de la fuente de humedad.
"La célula solar muestra un rendimiento totalmente reversible y una excelente estabilidad del dispositivo durante ciclos de transición de fase repetidos sin desvanecimiento de color ni degradación del rendimiento", dijo Lai, un estudiante graduado en el grupo de Yang. "Con un dispositivo como este, un edificio o un automóvil puedencosechar energía solar a través de la ventana inteligente fotovoltaica ".
La investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del DOE. Otros coautores del artículo son de UC Berkeley, la Universidad de Estocolmo y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. La Fuente de Luz de Radiación Sincrotrón Stanford en el Laboratorio Acelerador Nacional SLAC y la Fuente de Luz Avanzada en BerkeleyLab, ambas instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE, se utilizaron para recopilar algunos de los datos
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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