Los científicos australianos han producido por primera vez una nueva generación de células experimentales de energía solar que pasan estrictos estándares de prueba de la Comisión Electrotécnica Internacional para el calor y la humedad.
Los hallazgos de la investigación, un paso importante hacia la viabilidad comercial de las células solares de perovskita, se publican hoy en la revista ciencia .
Los sistemas de energía solar ahora están muy extendidos tanto en la industria como en la vivienda doméstica. La mayoría de los sistemas actuales dependen del silicio para convertir la luz solar en energía útil.
Sin embargo, la tasa de conversión de energía del silicio en los paneles solares está cerca de alcanzar sus límites naturales. Por lo tanto, los científicos han estado explorando nuevos materiales que se pueden apilar sobre el silicio para mejorar las tasas de conversión de energía. Uno de los más prometedoreslos materiales hasta la fecha son una perovskita de haluro metálico, que incluso puede superar al silicio por sí sola.
"Las perovskitas son una perspectiva realmente prometedora para los sistemas de energía solar", dijo la profesora Anita Ho-Baillie, presidenta inaugural de nanociencia John Hooke de la Universidad de Sydney. "Son muy económicas, 500 veces más delgadas que el silicio y, por lo tanto,flexibles y ultraligeros. También tienen enormes propiedades que permiten la energía y altas tasas de conversión solar ".
En forma experimental, en los últimos 10 años, el rendimiento de las células de perovskitas mejoró de niveles bajos a la capacidad de convertir el 25,2 por ciento de la energía del Sol en electricidad, comparable a las tasas de conversión de células de silicio, que tardó 40 años en alcanzarse.
Sin embargo, las células de perovskita sin protección no tienen la durabilidad de las células a base de silicio, por lo que aún no son comercialmente viables.
"Las células de perovskita necesitarán compararse con los estándares comerciales actuales. Eso es lo que es tan emocionante de nuestra investigación. Hemos demostrado que podemos mejorar drásticamente su estabilidad térmica", dijo el profesor Ho-Baillie.
Los científicos hicieron esto al suprimir la descomposición de las células de perovskita usando una manta de vidrio de polímero simple y de bajo costo.
El trabajo fue dirigido por el profesor Ho-Baillie, quien se unió al Instituto Nano de la Universidad de Sydney. El autor principal, el Dr. Lei Shi, realizó el trabajo experimental en el grupo de investigación de Ho-Baillie en la Escuela de Ingeniería de Energía Fotovoltaica y Energías Renovables de la Universidad de NewGales del Sur, donde el profesor Ho-Baillie sigue siendo profesor adjunto.
Bajo la exposición continua al Sol y otros elementos, los paneles solares experimentan temperaturas extremas de calor y humedad. Los experimentos han demostrado que bajo tal estrés, las células de perovskita desprotegidas se vuelven inestables, liberando gas de sus estructuras.
"Comprender este proceso, llamado 'desgasificación', es una parte central de nuestro trabajo para desarrollar esta tecnología y mejorar su durabilidad", dijo el profesor Ho-Baillie.
"Siempre me ha interesado explorar cómo podrían incorporarse las células solares de perovskita en ventanas con aislamiento térmico, como el acristalamiento al vacío. Por lo tanto, necesitamos conocer las propiedades de desgasificación de estos materiales".
solución de bajo costo
Por primera vez, el equipo de investigación utilizó la cromatografía de gases-espectrometría de masas GC-MS para identificar los productos volátiles característicos y las vías de descomposición de las perovskitas híbridas estresadas térmicamente que se usan comúnmente en las células de alto rendimiento. Utilizando este método, encontraronque una pila de vidrio de polímero de bajo costo con un sello hermético a la presión fue efectiva para suprimir la 'desgasificación' de la perovskita, el proceso que conduce a su descomposición.
Cuando se ponen a estrictos estándares internacionales de prueba, las células en las que el equipo estaba trabajando superaron las expectativas.
"Otro resultado emocionante de nuestra investigación es que somos capaces de estabilizar las células de perovskita bajo las duras condiciones de prueba ambientales estándar de la Comisión Electrotécnica Internacional. Las células no solo pasaron las pruebas de ciclo térmico, sino que excedieron los exigentes requisitos de calor húmedo ypruebas de congelación de humedad también ", dijo el profesor Ho-Baillie.
Estas pruebas ayudan a determinar si los módulos de células solares pueden resistir los efectos de las condiciones de operación al aire libre al exponerlos a ciclos de temperatura repetidos entre -40 grados y 85 grados, así como a la exposición al 85 por ciento de humedad relativa.
Específicamente, las células solares de perovskita sobrevivieron más de 1800 horas de la prueba IEC "Calor húmedo" y 75 ciclos de la prueba "Congelación de humedad", superando por primera vez el requisito de la norma IEC61215: 2016.
"Esperamos que este trabajo contribuya a los avances para estabilizar las células solares de perovskita, aumentando sus perspectivas de comercialización", dijo el profesor Ho-Baillie.
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Materiales proporcionado por Universidad de Sydney . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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