Las perovskitas con sus estructuras cristalinas y prometedoras propiedades electroópticas podrían ser el ingrediente activo que hace que la próxima generación de células solares de bajo costo, eficientes, livianas y flexibles.
Un problema con la generación actual de células solares de silicio es su eficiencia relativamente baja en la conversión de energía solar en electricidad, dijo Vikram Dalal, profesor distinguido de ingeniería de la Universidad Estatal de Iowa Anson Marston, el profesor Thomas M. Whitney en ingeniería eléctrica e informáticay el director del Centro de Investigación de Microelectrónica del Estado de Iowa.
Las mejores células solares de silicio en el laboratorio son aproximadamente un 26% eficientes, mientras que las células comerciales son aproximadamente un 15%. Eso significa que se necesitan sistemas más grandes para producir una cantidad dada de electricidad, y sistemas más grandes significan costos más altos.
Eso tiene investigadores que buscan nuevas formas de aumentar la eficiencia y disminuir los costos. Una idea que podría aumentar la eficiencia hasta en un 50% es una estructura en tándem que apila dos tipos de celdas una encima de la otra, cada una con diferentes partes complementariasdel espectro solar para producir energía.
promesa de perovskita, problemas
Los investigadores recientemente comenzaron a considerar los materiales híbridos de perovskita orgánicos-inorgánicos como un buen socio en tándem para las células de silicio. Las llamadas de perovskita tienen tasas de eficiencia cercanas al 25%, tienen un intervalo de banda complementario, pueden ser muy delgadas solo una millonésima parte del metrose puede depositar fácilmente en silicio
Pero Dalal dijo que los investigadores han aprendido que esas células solares híbridas de perovskita se descomponen cuando se exponen a altas temperaturas.
Eso es un problema cuando intentas colocar paneles solares donde está la luz del sol: desiertos cálidos y secos en lugares como el suroeste de Estados Unidos, Australia, el Medio Oriente y la India. Las temperaturas ambientales en esos lugares pueden alcanzar los 120 a 130 gradosLa temperatura de las células solares y Fahrenheit puede alcanzar los 200 grados Fahrenheit.
Los ingenieros de la Universidad Estatal de Iowa, en un proyecto parcialmente respaldado por la National Science Foundation, han encontrado una manera de aprovechar las propiedades útiles de la perovskita mientras estabilizan las células a altas temperaturas. Describen su descubrimiento en un artículo publicado recientemente en línea por el científicorevista American Chemical Society Applied Energy Materials.
"Estos son resultados prometedores en la búsqueda de la comercialización de materiales de células solares de perovskita y un futuro más limpio y verde", dijo Harshavardhan Gaonkar, el primer autor del periódico que recientemente obtuvo su doctorado en ingeniería eléctrica e informática del estado de Iowa y ahora está trabajandoen Boise, Idaho, como ingeniero de ON Semiconductor.
Ajustar el material
Dalal, el autor correspondiente del artículo, dijo que hay dos desarrollos clave en la nueva tecnología de células solares :
Primero, dijo que los ingenieros hicieron algunos ajustes en la composición del material de perovskita.
Suprimieron los componentes orgánicos del material, en particular los cationes, los materiales con protones adicionales y una carga positiva, y los materiales inorgánicos sustituidos como el cesio. Eso hizo que el material fuera estable a temperaturas más altas.
Y en segundo lugar, desarrollaron una técnica de fabricación que construye el material de perovskita una capa delgada, solo unas pocas billonésimas de metro, a la vez. Esta técnica de deposición de vapor es consistente, no deja contaminantes y ya se usa en otrasindustrias para que pueda ampliarse para la producción comercial.
¿El resultado de esos cambios?
"Nuestras células solares de perovskita no muestran degradación térmica incluso a 200 grados Celsius 390 grados Fahrenheit durante más de tres días, temperaturas mucho más de lo que la célula solar tendría que soportar en entornos del mundo real", dijo Gaonkar.
Y luego Dalal hizo un poco de comparación y contraste: "Eso es mucho mejor que las células de perovskita orgánico-inorgánico, que se habrían descompuesto totalmente a esta temperatura. Por lo tanto, este es un avance importante en el campo".
aumento del rendimiento
El documento informa que las nuevas células solares de perovskita inorgánicas tienen una eficiencia de fotoconversión del 11.8%. Eso significa que hay más trabajo por delante para los ingenieros.
"Ahora estamos tratando de optimizar esta célula, queremos que sea más eficiente para convertir la energía solar en electricidad", dijo Dalal. "Todavía tenemos mucha investigación por hacer, pero creemos que podemos llegar allíutilizando nuevas combinaciones de materiales "
Los ingenieros, por ejemplo, reemplazaron el yodo común en los materiales de perovskita con bromo. Eso hizo que las células fueran mucho menos sensibles a la humedad, resolviendo otro problema con las perovskitas híbridas estándar. Pero, esa sustitución cambió las propiedades de las células, reduciendo la eficiencia y cómobien, funcionan en conjunto con las células de silicio.
Y así los ajustes y las pruebas continuarán.
A medida que avanzan, los ingenieros creen que están en un camino comprobado: "Este estudio demuestra una estabilidad térmica más robusta de los materiales de perovskita inorgánica y las células solares a temperaturas más altas y durante períodos de tiempo más largos que los reportados en otros lugares", escribieronen su artículo "Estos son resultados prometedores en la búsqueda de la comercialización de materiales de células solares de perovskita".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Iowa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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