La innovación de AU of T Engineering podría hacer que la impresión de células solares sea tan fácil y económica como imprimir un periódico. El Dr. Hairen Tan y su equipo han superado un obstáculo crítico de fabricación en el desarrollo de una clase relativamente nueva de dispositivos solares llamados células solares de perovskita.Esta tecnología solar alternativa podría conducir a paneles solares imprimibles de bajo costo capaces de convertir casi cualquier superficie en un generador de energía.
"Las economías de escala han reducido en gran medida el costo de la fabricación de silicio", dijo el profesor Ted Sargent, experto en tecnologías solares emergentes y el Presidente de Investigación de Canadá en Nanotecnología. "Las células solares de perovskita pueden permitirnos utilizar técnicas ya establecidas en la impresiónindustria para producir células solares a muy bajo costo. Potencialmente, las perovskitas y las células de silicio se pueden unir para mejorar aún más la eficiencia, pero solo con los avances en los procesos de baja temperatura ".
Hoy en día, prácticamente todas las células solares comerciales están hechas de finas láminas de silicio cristalino que deben procesarse con una pureza muy alta. Es un proceso intensivo en energía, que requiere temperaturas superiores a 1,000 grados Celsius y grandes cantidades de solventes peligrosos.
En contraste, las células solares de perovskita dependen de una capa de cristales diminutos, cada uno aproximadamente 1,000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, hechas de materiales sensibles a la luz de bajo costo. Debido a que las materias primas de perovskita se pueden mezclaren un líquido para formar una especie de 'tinta solar', podrían imprimirse en vidrio, plástico u otros materiales mediante un simple proceso de impresión por inyección de tinta.
Pero, hasta ahora, ha habido un problema: para generar electricidad, los electrones excitados por la energía solar deben extraerse de los cristales para que puedan fluir a través de un circuito. Esa extracción ocurre en una capa especial llamada capa selectiva de electrones,o ESL. La dificultad de fabricar un buen ESL ha sido uno de los desafíos clave para frenar el desarrollo de dispositivos de células solares de perovskita.
"Los materiales más efectivos para hacer que los ESL comiencen como un polvo y tienen que hornearse a altas temperaturas, por encima de 500 grados Celsius", dijo Tan. "No se puede poner eso encima de una lámina de plástico flexible o en uncélula de silicio totalmente fabricada: simplemente se derretirá "
Tan y sus colegas desarrollaron una nueva reacción química que les permite cultivar un ESL hecho de nanopartículas en solución, directamente encima del electrodo. Si bien aún se requiere calor, el proceso siempre se mantiene por debajo de 150 grados C, mucho más bajo que elpunto de fusión de muchos plásticos.
Las nuevas nanopartículas están recubiertas con una capa de átomos de cloro, lo que les ayuda a unirse a la capa de perovskita en la parte superior; esta fuerte unión permite la extracción eficiente de electrones. En un artículo publicado recientemente en ciencia , Tan y sus colegas informan que la eficiencia de las células solares fabricadas con el nuevo método es del 20,1 por ciento.
"Este es el mejor reportado para las técnicas de procesamiento a baja temperatura", dijo Tan. Agrega que las células solares de perovskita que utilizan el método antiguo de alta temperatura son solo marginalmente mejores al 22.1 por ciento, e incluso las mejores células solares de siliciosolo puede alcanzar el 26,3 por ciento
Otra ventaja es la estabilidad. Muchas células solares de perovskita experimentan una caída severa en el rendimiento después de solo unas pocas horas, pero las células de Tan retuvieron más del 90 por ciento de su eficiencia incluso después de 500 horas de uso ". Creo que nuestra nueva técnica allana elcamino hacia la solución de este problema ", dijo Tan, quien realizó este trabajo como parte de una beca Rubicon.
"Los estudios computacionales del equipo de Toronto explican maravillosamente el papel de la capa selectiva de electrones recientemente desarrollada. El trabajo ilustra la contribución que avanza rápidamente que la ciencia de los materiales computacionales está haciendo hacia dispositivos de energía racionales de próxima generación", dijo el profesor Alan Aspuru-Guzik, un experto en ciencia de materiales computacionales en el Departamento de Química y Biología Química de la Universidad de Harvard, que no participó en el trabajo.
"Para aumentar las mejores células solares de silicio, las tecnologías de película delgada de próxima generación deben ser compatibles con el proceso con una célula terminada. Esto implica temperaturas de procesamiento moderadas, como las que se informan en el avance del grupo de Toronto ciencia ", dijo el profesor Luping Yu del Departamento de Química de la Universidad de Chicago. Yu es un experto en células solares procesadas en solución y no participó en el trabajo.
Mantenerse fresco durante el proceso de fabricación abre un mundo de posibilidades para aplicaciones de células solares de perovskita, desde cubiertas para teléfonos inteligentes que brindan capacidades de carga hasta ventanas polarizadas con energía solar que compensan el uso de energía del edificio. En el término más cercano, la tecnología de Tan podría usarseen conjunto con las células solares convencionales.
"Con nuestro proceso de baja temperatura, podríamos recubrir nuestras células de perovskita directamente sobre el silicio sin dañar el material subyacente", dijo Tan. "Si una célula híbrida de perovskita-silicio puede aumentar la eficiencia hasta un 30 por ciento o más, hace que la energía solar sea una propuesta económica mucho mejor ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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