Las células solares necesitan adelgazar.
Las células solares son dispositivos que absorben fotones de la luz solar y convierten su energía para mover electrones, lo que permite la producción de energía limpia y proporciona una ruta confiable para ayudar a combatir el cambio climático. Pero la mayoría de las células solares utilizadas hoy en día son gruesas, frágiles y rígidas, lo que limita su aplicación a superficies planas y aumenta el costo de fabricación de la célula solar.
"Las células solares de película delgada" podrían ser 1/100 del grosor de un trozo de papel y lo suficientemente flexibles como para adornar superficies que van desde un automóvil aerodinámicamente elegante hasta la ropa. Para hacer células solares de película delgada, los científicos se están moviendo más allá de "compuestos semiconductores clásicos, como el arseniuro de galio o el silicio, y que trabajan con otros compuestos de recolección de luz que tienen el potencial de ser más baratos y más fáciles de producir en masa. Los compuestos podrían adoptarse ampliamente si pudieran funcionar tan bien como la tecnología actual.
En un artículo publicado en línea esta primavera en la revista Fotónica de la naturaleza , los científicos de la Universidad de Washington informan que un prototipo de película delgada semiconductora ha funcionado incluso mejor que los mejores materiales de células solares de hoy en día para emitir luz
"Puede sonar extraño ya que las células solares absorben la luz y la convierten en electricidad, pero los mejores materiales de células solares también son excelentes para emitir luz", dijo el coautor y profesor de ingeniería química de la Universidad de Washington, Hugh Hillhouse, quien también es miembro de la facultadtanto con el Instituto de Energía Limpia de UW como con el Instituto de Ingeniería y Ciencias Moleculares: "De hecho, cuanto más eficientemente emiten luz, más voltaje generan".
El equipo de UW logró un rendimiento récord en este material, conocido como perovskita de haluro de plomo, al tratarlo químicamente a través de un proceso conocido como "pasivación de superficie", que trata las imperfecciones y reduce la probabilidad de que los fotones absorbidos terminen desperdiciadosen lugar de convertirse en energía útil.
"Un gran problema con las células solares de perovskita es que demasiada luz solar absorbida terminaba como calor desperdiciado, no como electricidad útil", dijo el coautor David Ginger, profesor de química de UW y científico jefe del CEI. "Estamosesperamos que estrategias de pasivación de superficie como esta ayuden a mejorar el rendimiento y la estabilidad de las células solares de perovskita ".
Los equipos de Ginger y Hillhouse trabajaron juntos para demostrar que la pasivación superficial de las perovskitas aumentó notablemente el rendimiento a niveles que harían de este material uno de los mejores para las células solares de película delgada. Experimentaron con una variedad de productos químicos para la pasivación superficial antes de encontrar uno, uncompuesto orgánico conocido por su acrónimo TOPO, que aumentó el rendimiento de la perovskita a niveles cercanos a los mejores semiconductores de arseniuro de galio.
"Nuestro equipo en la Universidad de Washington fue uno de los primeros en identificar defectos limitantes del rendimiento en las superficies de los materiales de perovskita, y ahora estamos entusiasmados de haber descubierto una forma efectiva de diseñar químicamente estas superficies con moléculas TOPO", dijoautor principal Dane deQuilettes, investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que realizó esta investigación como estudiante de doctorado en química de la Universidad de Washington. "Al principio, nos sorprendió mucho descubrir que los materiales pasivados parecían tan buenos como el arseniuro de galio, queposee el récord de eficiencia de la célula solar. Por lo tanto, para verificar nuestros resultados, ideamos algunos enfoques diferentes para confirmar las mejoras en la calidad del material de perovskita ".
DeQuilettes y el coautor Ian Braly, quien realizó esta investigación como estudiante de doctorado en ingeniería química, mostraron que el tratamiento TOPO de un semiconductor de perovskita impactó significativamente sus eficiencias cuánticas de fotoluminiscencia interna y externa - las métricas utilizadas para determinar qué tan bueno es unel material semiconductor utiliza la energía de un fotón absorbido en lugar de perderlo como calor. El tratamiento TOPO de la perovskita aumentó la eficiencia cuántica de la fotoluminiscencia interna en diez veces, del 9,4 por ciento a casi el 92 por ciento.
"Nuestras mediciones observando la eficiencia con la que las perovskitas híbridas pasivadas absorben y emiten luz muestran que no hay defectos materiales inherentes que impidan nuevas mejoras de las células solares", dijo Braly. "Además, al ajustar los espectros de emisión a un modelo teórico, mostramosque estos materiales podrían generar voltajes del 97 por ciento del máximo teórico, igual a la celda solar récord mundial de arseniuro de galio y mucho más alta que las celdas de silicio récord que solo alcanzan el 84 por ciento ".
Estas mejoras en la calidad del material se pronostican teóricamente para permitir que la eficiencia de conversión de energía de luz a electricidad alcance el 27,9 por ciento bajo niveles normales de luz solar, lo que empujaría el registro fotovoltaico basado en perovskita más allá de los mejores dispositivos de silicio.
El siguiente paso para las perovskitas, según los investigadores, es demostrar una pasivación química similar que sea compatible con electrodos fáciles de fabricar, así como experimentar con otros tipos de pasivación superficial.
"Las perovskitas ya han demostrado un éxito sin precedentes en los dispositivos fotovoltaicos, pero hay mucho espacio para mejoras adicionales", dijo deQuilettes. "Aquí creemos que hemos proporcionado un camino a seguir para que la comunidad aproveche mejor la energía del sol".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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