Uno de los problemas para Javier Vela y los químicos en su grupo de investigación de la Universidad Estatal de Iowa fue que un material tóxico funcionaba tan bien en las células solares.
Y, por lo tanto, cualquier sustituto de las perovskitas que contienen plomo utilizadas en algunas células solares tendría que funcionar realmente. Pero, ¿qué podrían encontrar para reemplazar los semiconductores de perovskita que han sido tan prometedores y tan eficientes para convertir la luz solar en electricidad?
¿Qué materiales podrían producir semiconductores que funcionaran igual de bien, pero que fueran seguros, abundantes y económicos de fabricar?
"Los semiconductores están en todas partes, ¿verdad?", Dijo Vela. "Están en nuestras computadoras y en nuestros teléfonos celulares. Usualmente están en productos de alta gama y alto valor. Si bien los semiconductores pueden no contener materiales raros, muchos son tóxicoso muy caro "
Vela, profesor asociado de química del estado de Iowa y asociado del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU., Dirige un laboratorio especializado en el desarrollo de nuevos materiales nanoestructurados. Mientras pensaba en el problema del plomo en las células solares, encontró una conferenciapresentación por investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts que sugirieron posibles sustitutos de las perovskitas en semiconductores.
Los estudiantes graduados de Vela e Iowa State, Bryan Rosales y Miles White, decidieron enfocarse en alternativas a base de sodio y comenzaron una búsqueda de 18 meses para un nuevo tipo de semiconductor. El trabajo fue apoyado por la beca CAREER de cinco años y $ 786,017 de Vela de laFundación Nacional de Ciencia.
Se les ocurrió un compuesto que contiene sodio, que es barato y abundante; bismuto, que es relativamente escaso pero se produce en exceso durante la extracción de otros metales y es barato; y azufre, el quinto elemento más común en la Tierra. Los investigadoresinformar su descubrimiento en un artículo publicado recientemente en línea por el Revista de la Sociedad Americana de Química .
El subtítulo del documento es un buen resumen de su trabajo: "Hacia un semiconductor biocompatible abundante en la Tierra".
"Nuestra síntesis desbloquea una nueva clase de semiconductores ternarios de tres partes de bajo costo y amigables con el medio ambiente que muestran propiedades de interés para aplicaciones en la conversión de energía", escribieron los químicos en su artículo.
De hecho, Rosales está trabajando para crear células solares que utilicen el nuevo material semiconductor.
Vela dijo que las variaciones en la síntesis - cambio de temperatura y tiempo de reacción, elección de precursores de iones metálicos, adición de ciertos ligandos - permite a los químicos controlar la estructura del material y el tamaño de sus nanocristales. Y eso permite a los investigadores cambiar y afinarlas propiedades del material
Varias de las propiedades del material ya son ideales para las células solares: el intervalo de banda del material, la cantidad de energía requerida para que una partícula de luz suelte un electrón, es ideal para las células solares. El material, a diferencia de otros materiales utilizados encélulas solares, también es estable cuando se expone al aire y al agua.
Entonces, los químicos piensan que tienen un material que funcionará bien en las células solares, pero sin la toxicidad, la escasez o los costos.
"Creemos que los resultados experimentales y computacionales reportados aquí", escribieron en su artículo, "ayudarán a avanzar en el estudio fundamental y la exploración de estos y otros materiales similares para dispositivos de conversión de energía".
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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