Las células solares hechas de un material económico y cada vez más popular llamado perovskita pueden convertir la luz solar en electricidad de manera más eficiente utilizando una nueva técnica para emparejar dos tipos de perovskita en una sola célula fotovoltaica.
Las células solares Perovskite están hechas de una mezcla de moléculas orgánicas y elementos inorgánicos que juntas capturan la luz y la convierten en electricidad, al igual que las células solares basadas en silicio más comunes de la actualidad. Sin embargo, los dispositivos fotovoltaicos Perovskite pueden fabricarse de manera más fácil y económica.que el silicio y en un sustrato flexible en lugar de rígido. Las primeras células solares de perovskita podrían salir al mercado el próximo año, y se ha informado que algunas capturan el 20 por ciento de la energía del sol.
en un documento que aparece en línea antes de la publicación en la revista Materiales de la naturaleza , los científicos del Laboratorio Nacional de la Universidad de California, Berkeley y Lawrence Berkeley informan un nuevo diseño que ya logra una eficiencia promedio en estado estacionario del 18.4 por ciento, con un máximo del 21.7 por ciento y una eficiencia máxima del 26 por ciento.
"Hemos establecido el récord ahora para diferentes parámetros de las células solares de perovskita, incluida la eficiencia", dijo el autor principal Alex Zettl, profesor de física de UC Berkeley, miembro principal de la facultad en Berkeley Lab y miembro del Instituto de Nanociencias de Energía Kavli."La eficiencia es más alta que cualquier otra célula de perovskita 21.7 por ciento, que es un número fenomenal, considerando que estamos al comienzo de optimizar esto".
"Esto tiene un gran potencial para ser el fotovoltaico más barato del mercado, enchufándose a cualquier sistema solar doméstico", dijo Onur Ergen, autor principal del artículo y estudiante de posgrado de física de la Universidad de Berkeley.
La eficiencia también es mejor que la eficiencia del 10-20 por ciento de las células solares de silicio policristalino utilizadas para alimentar la mayoría de los dispositivos electrónicos y los hogares. Incluso las células solares de silicio más puras, que son extremadamente caras de producir, superaron el 25 por ciento de eficiencia másque hace una década
El logro se produce gracias a una nueva forma de combinar dos materiales de células solares de perovskita, cada uno sintonizado para absorber una longitud de onda o color de luz solar diferente en una célula solar de "banda prohibida graduada" que absorbe casi todo el espectro de luz visible.Los intentos anteriores de fusionar dos materiales de perovskita han fallado porque los materiales degradan el rendimiento electrónico de los demás.
"Esto es darse cuenta de una célula solar de banda prohibida graduada en un sistema relativamente fácil de controlar y manipular", dijo Zettl. "Lo bueno de esto es que combina dos características muy valiosas: la banda prohibida graduada, un enfoque conocido, con perovskita, un material relativamente nuevo pero conocido con eficiencias sorprendentemente altas, para obtener lo mejor de ambos mundos ".
células solares de espectro completo
Los materiales como el silicio y la perovskita son semiconductores, lo que significa que conducen electricidad solo si los electrones pueden absorber suficiente energía, por ejemplo, de un fotón de luz, para lanzarlos sobre una brecha de energía prohibida o banda prohibida. Estos materiales absorben preferentementeluz a energías o longitudes de onda específicas, la energía del intervalo de banda, pero de manera ineficiente en otras longitudes de onda.
"En este caso, estamos deslizando todo el espectro solar desde el infrarrojo a través de todo el espectro visible", dijo Ergen. "Nuestros cálculos de eficiencia teórica deberían ser mucho, mucho más altos y más fáciles de alcanzar que para las células solares de banda única porquepuede maximizar la cobertura del espectro solar "
La clave para acoplar los dos materiales en una celda solar en tándem es una capa de nitruro de boro hexagonal de espesor de un solo átomo, que se parece a una capa de alambre de pollo que separa las capas de perovskita entre sí. En este caso, los materiales de perovskita soncompuesto de las moléculas orgánicas de metilo y amoníaco, pero una contiene los metales estaño y yodo, mientras que la otra contiene plomo y yodo dopados con bromo. El primero está sintonizado para absorber preferentemente la luz con una energía de 1 electrón voltio eV - infrarrojo, o energía térmica, mientras que este último absorbe fotones de energía 2 eV, o un color ámbar.
La monocapa de nitruro de boro permite que los dos materiales de perovskita trabajen juntos y generen electricidad a partir de la luz en toda la gama de colores entre 1 y 2 eV.
El sándwich de perovskita / nitruro de boro se coloca encima de un aerogel ligero de grafeno que promueve el crecimiento de cristales de perovskita de grano más fino, sirve como barrera contra la humedad y ayuda a estabilizar el transporte de carga a través de la célula solar, dijo Zettl. La humedad hace que la perovskita se desmorone.
Todo está cubierto en la parte inferior con un electrodo de oro y en la parte superior con una capa de nitruro de galio que recoge los electrones que se generan dentro de la célula. La capa activa de la célula solar de película delgada tiene un grosor de aproximadamente 400 nanómetros.
"Nuestra arquitectura es un poco como construir una calzada de automóviles de calidad", dijo Zettl. "El aerogel de grafeno actúa como la capa o base firme de roca triturada, las dos capas de perovskita son como grava más fina y capas de arena depositadas en la parte superior deeso, con la capa hexagonal de nitruro de boro que actúa como una membrana de lámina delgada entre la grava y la arena que evita que la arena se difunda o mezcle demasiado con la grava más fina. La capa de nitruro de galio sirve como la capa superior de asfalto ".
Es posible agregar aún más capas de perovskita separadas por nitruro de boro hexagonal, aunque esto puede no ser necesario, dada la eficiencia de amplio espectro que ya han obtenido, dijeron los investigadores.
"La gente ha tenido esta idea de fotovoltaica de rollo a rollo fácil de fabricar, en la que se extrae el plástico de un rollo, se rocía el material solar y se vuelve a enrollar", dijo Zettl. "Con este nuevomaterial, estamos en el régimen de producción en masa de rollo a rollo; es realmente casi como la pintura en aerosol ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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