Aprovechar la energía del sol, que emite una energía inmensamente poderosa desde el centro del sistema solar, es uno de los objetivos clave para lograr un suministro de energía sostenible.
La energía de la luz se puede convertir directamente en electricidad usando dispositivos eléctricos llamados células solares. Hasta la fecha, la mayoría de las células solares están hechas de silicio, un material que es muy bueno para absorber la luz. Pero los paneles de silicio son caros de producir.
Los científicos han estado trabajando en una alternativa, hecha de estructuras de perovskita. La perovskita verdadera, un mineral que se encuentra en la tierra, está compuesta de calcio, titanio y oxígeno en una disposición molecular específica. Los materiales con esa misma estructura cristalina se denominan estructuras de perovskita.
Las estructuras de perovskita funcionan bien como la capa activa de captación de luz de una célula solar porque absorben la luz de manera eficiente pero son mucho más baratas que el silicio. También se pueden integrar en dispositivos que utilizan equipos relativamente simples. Por ejemplo, se pueden disolver en disolventey pulverizado recubierto directamente sobre el sustrato.
Los materiales hechos de estructuras de perovskita podrían potencialmente revolucionar los dispositivos de células solares, pero tienen un grave inconveniente: a menudo son muy inestables y se deterioran por la exposición al calor. Esto ha obstaculizado su potencial comercial.
La Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, dirigida por el profesor Yabing Qi, ha desarrollado dispositivos que utilizan un nuevo material de perovskita que es estable, eficiente y relativamente barato de producir, pavimentarel camino para su uso en las células solares del mañana. Su trabajo fue publicado recientemente en Advanced Energy Materials. Los estudiosos posdoctorales Dr. Jia Liang y Dr. Zonghao Liu hicieron importantes contribuciones a este trabajo.
Este material tiene varias características clave. Primero, es completamente inorgánico, un cambio importante, porque los componentes orgánicos generalmente no son termoestables y se degradan bajo el calor. Dado que las células solares pueden calentarse mucho al sol, la estabilidad térmica es crucial.Al reemplazar las partes orgánicas con materiales inorgánicos, los investigadores hicieron que las células solares de perovskita fueran mucho más estables.
"Las células solares casi no cambian después de la exposición a la luz durante 300 horas", dice el Dr. Zonghao Liu, autor del artículo.
Sin embargo, las células solares de perovskita totalmente inorgánicas tienden a tener una absorción de luz menor que los híbridos orgánicos-inorgánicos. Aquí es donde entra en juego la segunda característica: los investigadores de OIST doparon sus nuevas células con manganeso para mejorar su rendimiento. El manganeso cambia elestructura cristalina del material, aumentando su capacidad de cosecha ligera.
"Al igual que cuando agrega sal a un plato para cambiar su sabor, cuando agregamos manganeso, cambia las propiedades de la célula solar", dice Liu.
En tercer lugar, en estas células solares, los electrodos que transportan la corriente entre las células solares y los cables externos están hechos de carbono, en lugar del oro habitual. Estos electrodos son significativamente más baratos y fáciles de producir, en parte porque pueden imprimirsedirectamente sobre las células solares. Por otro lado, la fabricación de electrodos de oro requiere altas temperaturas y equipos especializados, como una cámara de vacío.
Todavía hay una serie de desafíos a superar antes de que las células solares de perovskita sean tan comercialmente viables como las células solares de silicio. Por ejemplo, mientras que las células solares de perovskita pueden durar uno o dos años, las células solares de silicio pueden funcionar durante 20 años.
Qi y sus colegas continúan trabajando en la eficiencia y durabilidad de estas nuevas células, y también están desarrollando el proceso de fabricación a escala comercial. Dada la rapidez con que se desarrolló la tecnología desde que se informó la primera célula solar de perovskita en 2009,El futuro de estas nuevas células parece brillante.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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