Los científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST han resuelto una debilidad fundamental en una tecnología solar prometedora conocida como células solares de perovskita, o PSC. Sus innovaciones parecen mejorar tanto la estabilidad como la escalabilidad de los dispositivos de una sola vezswoop y podría ser clave para llevar los PSC al mercado.
Las células solares de tercera generación convierten eficientemente la luz solar en electricidad utilizable y su fabricación cuesta menos energía que las células de silicio de la vieja escuela. Las PSC, en particular, han atraído la atención de la ciencia y la industria gracias a su bajo costo y alta eficiencia.El rendimiento es prometedor en las pruebas de laboratorio, los dispositivos aún sufren de baja estabilidad y no se pueden producir comercialmente hasta que estén diseñados para durar.
"Necesitamos módulos solares que puedan durar al menos de 5 a 10 años. Por ahora, la vida útil de los PSC es mucho más corta", dijo el Dr. Longbin Qiu, primer autor del artículo y académico postdoctoral en OIST Energy Materialsy la Unidad de Ciencias de la Superficie, dirigida por el Prof. Yabing Qi.
El estudio, publicado en línea en Materiales funcionales avanzados el 13 de diciembre de 2018, respalda la evidencia previa de que un material comúnmente utilizado en los PSC, llamado dióxido de titanio, degrada los dispositivos y limita su vida útil. Los investigadores reemplazaron este material con dióxido de estaño, un conductor más fuerte sin estas propiedades degradantes.su método de aplicar dióxido de estaño para producir PSC estables, eficientes y escalables.
En experimentos, los investigadores encontraron que los dispositivos basados en dióxido de estaño mostraron una vida útil tres veces mayor que los dispositivos PSC que usan dióxido de titanio. "El dióxido de estaño puede brindar a los usuarios el rendimiento del dispositivo que necesitan", dijo Qiu.
un diseño mejorado
Los PSC consisten en materiales en capas, cada uno con una función específica. La "capa activa", hecha de materiales de perovskita, absorbe la luz solar entrante en forma de partículas llamadas fotones. Cuando un fotón golpea una celda solar, genera electrones cargados negativamentey agujeros cargados positivamente en la capa activa. Los científicos controlan el flujo de estos electrones y agujeros intercalando la capa activa entre dos "materiales de transporte", creando así un campo eléctrico incorporado.
Para ayudar a llevar los electrones en la dirección correcta, muchas PSC incluyen una "capa de transporte de electrones". La mayoría de las PSC emplean dióxido de titanio como capa de transporte de electrones, pero cuando se expone a la luz solar, el material reacciona con la perovskita y finalmente degrada el dispositivo. EstañoEl dióxido de carbono es un sustituto viable del dióxido de titanio, pero antes de este estudio, no se había incorporado con éxito en un dispositivo a gran escala.
Usando una técnica común en la industria llamada deposición catódica, los investigadores aprendieron cómo crear una capa de transporte de electrones efectiva a partir de dióxido de estaño. La deposición pulverizada funciona bombardeando el material objetivo, aquí dióxido de estaño, con partículas cargadas, lo que hace que se pulverice hacia arribasobre una superficie de espera. Al controlar con precisión el poder de la pulverización catódica y la velocidad de la deposición, los investigadores produjeron capas lisas con un espesor uniforme en un área grande.
Sus nuevas células solares lograron una eficiencia de más del 20 por ciento. Para demostrar la escalabilidad de este nuevo método, los investigadores fabricaron módulos solares de 5 por 5 centímetros con un área designada de 22,8 centímetros cuadrados, y descubrieron que los dispositivos resultantes mostraban más de12 por ciento de eficiencia. Esta investigación, que fue apoyada por el Programa de Prueba de Concepto del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de OIST, representa un paso crucial hacia el cumplimiento del estándar actual de la industria para la eficiencia de PSC.
Mudanza al mercado
Los investigadores planean continuar optimizando su diseño de PSC con el objetivo de producir módulos solares a gran escala con una eficiencia mejorada. La unidad de investigación experimenta con dispositivos solares transparentes y flexibles y tiene como objetivo aplicar su diseño de PSC optimizado en ventanas solares, cortinas, mochilasy unidades de carga desplegables.
"Queremos escalar estos dispositivos a un tamaño grande, y aunque su eficiencia ya es razonable, queremos impulsarlo más", dijo el profesor Qi. "Somos optimistas de que en los próximos años, esta tecnologíaser viable para la comercialización ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Nicoletta Lanese. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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