Los arquitectos modernos prefieren construir exteriores diseñados con vidrio principalmente desde una perspectiva artística o de costos. Sin embargo, los científicos van un paso más allá y ven oportunidades de su capacidad potencial para aprovechar la energía solar. Los investigadores han explorado formas de hacer que las células solares sean transparentes o semi-transparente como material sustituto del vidrio, pero esto ha demostrado ser una tarea desafiante porque las células solares necesitan absorber la luz solar para generar electricidad, y cuando son transparentes, reduce su eficiencia energética.
Las células solares típicas de hoy están hechas de silicio cristalino, pero es difícil hacerlas translúcidas. Las células solares semitransparentes en desarrollo se utilizan, por ejemplo, materiales orgánicos o sensibilizados por colorantes, pero en comparación con las células cristalinas a base de silicio, susLas eficiencias de conversión de energía son relativamente bajas. Las perovskitas son materiales fotovoltaicos híbridos orgánicos-inorgánicos basados en haluros, que son baratos de producir y fáciles de fabricar. Recientemente han recibido mucha atención ya que la eficiencia de las células solares de perovskita ha aumentado rápidamente al nivel detecnologías de silicio en los últimos años.
Usando perovskitas, un equipo de investigación coreano dirigido por el profesor Seunghyup Yoo de la Escuela de Ingeniería Eléctrica del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea KAIST y el Profesor Nam-Gyu Park de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Sungkyunkwan desarrollaron un semitransparentecélula solar que es altamente eficiente y, además, funciona de manera muy efectiva como un espejo térmico.
El equipo ha desarrollado un electrodo transparente superior TTE que funciona bien con las células solares de perovskita. En la mayoría de los casos, una clave del éxito en la realización de células solares semitransparentes es encontrar un TTE que sea compatible con un sistema de material fotoactivo dado, que también es el caso de las células solares de perovskita. El TTE propuesto se basa en una pila de múltiples capas que consiste en una película de metal intercalada entre una capa de alto índice de refracción alto índice y una capa de protección interfacial. Este TTE, colocado como unLa capa superior se puede preparar sin dañar los ingredientes utilizados en las células solares de perovskita. A diferencia de los electrodos transparentes convencionales que se centran solo en transmitir luz visible, el TTE propuesto desempeña el doble papel de pasar a través de la luz visible mientras refleja los rayos infrarrojos.las celdas hechas con los TTE propuestos exhibieron una eficiencia de conversión de energía promedio de hasta 13.3% con 85.5% de rechazo infrarrojo.
El equipo cree que si las células solares de perovskita semitransparentes se amplían para aplicaciones prácticas, se pueden usar en ventanas solares para edificios y automóviles, que no solo generan energía eléctrica sino que también permiten la gestión inteligente del calor para entornos interiores,utilizando así la energía solar de manera más eficiente y efectiva.
Este resultado se publicó como artículo de portada en la edición del 20 de julio de 2016 de Materiales de energía avanzada . El trabajo de investigación se titula "Empoderamiento de las células solares semitransparentes con funcionalidad de espejo térmico".
El equipo diseñó la pila de electrodos transparentes TE en tres capas: se coloca una película delgada de plata Ag entre la capa inferior de trióxido de molibdeno MoO3 y la capa dieléctrica de alto índice superior de sulfuro de zincZnS. Este enfoque de tres capas se conoce como un medio para aumentar la transmitancia general de la luz visible de películas delgadas metálicas a través de la técnica de coincidencia de índices, que es esencialmente la misma técnica utilizada para el recubrimiento antirreflectante de los vidrios, excepto que elEl presente caso involucra una capa metálica.
Tradicionalmente, cuando un TE se basa en una película de metal, como Ag, la película debe ser extremadamente delgada, por ejemplo, 7-12 nanómetros nm, para obtener transparencia y, en consecuencia, para transmitir luz visible.El equipo adoptó un enfoque diferente en esta investigación: hizo que el Ag TE fuera dos o tres veces más grueso 12-24 nm que las películas de metal convencionales y, como resultado, reflejó más luz infrarroja. El alto índice de refracción de la capa de ZnS juegaun papel esencial para mantener alta la transmitancia de luz visible del TTE propuesto incluso con la película de Ag relativamente gruesa cuando su grosor está cuidadosamente optimizado para una interferencia destructiva máxima, lo que lleva a una baja reflectancia y, por lo tanto, una alta transmitancia dentro de su rango de luz visible.
El equipo confirmó la función de espejo térmico de la célula solar de perovskita semitransparente a través de un experimento en el que una lámpara halógena iluminó un objeto durante cinco minutos a través de tres medios: una ventana de vidrio desnudo, una película de tintado para automóviles y el semitransparente propuestoCelda solar de perovskita. Una cámara de infrarrojos IR tomó imágenes térmicas del objeto y de la superficie de cada ventana. La temperatura del objeto, cuando se expuso a través de la ventana de vidrio, aumentó a 36.8 grados Celsius, mientras que la película de tintado y la celda permitieronel objeto permanece por debajo de los 27 grados centígrados. La película de tinte absorbe la luz para bloquear la energía solar, por lo que la superficie de la película se calentó al exponerse continuamente a la luz de la lámpara, pero la celda solar semitransparente propuesta se mantuvo fría ya que rechaza el calor solar.energía por reflexión, en lugar de por absorción. El rechazo total de energía solar TSER de la celda propuesta fue tan alto como 89.6%.
El profesor Yoo de KAIST dijo: "Las principales contribuciones de este trabajo son encontrar tecnología de electrodos transparentes adecuada para las células de perovskita translúcidas y proporcionar un enfoque de diseño para aprovechar al máximo el potencial que puede ofrecer como un espejo de calor además de su principalpapel como electrodo. El presente trabajo puede ajustarse aún más para incluir células solares de colores e incorporar factores de forma flexibles o enrollables, ya que permitirán una mayor libertad de diseño y ofrecerán más oportunidades para que se integren en el mundo realobjetos y estructuras como automóviles, edificios y casas "
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Materiales proporcionado por Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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