Avance en el aprovechamiento de la energía solar para generar energía

El estudio describe una novedosa célula solar tándem totalmente de perovskita que tiene el potencial de proporcionar una forma económica y más eficiente de aprovechar la energía del Sol para generar energía eléctrica.

Nuestra dependencia de fuentes de energía no renovables, como los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas), ha tenido un impacto negativo tremendo en la humanidad y el medio ambiente. La quema de combustibles fósiles contribuye al efecto invernadero y provoca el calentamiento global, destruye hábitats, contamina el aire, el agua y la tierra, y afecta la salud pública. Existe una necesidad urgente de desarrollar tecnología sostenible que permita abastecer de energía al mundo con energía limpia. La tecnología de energía solar es uno de estos métodos, capaz de aprovechar la luz del sol —la fuente de energía renovable más abundante— y convertirla en energía eléctrica. Las ventajas de la energía solar , tanto para los seres humanos como para el medio ambiente, han sido clave para promover su uso.

El silicio es el material más utilizado para fabricar las células solares en los paneles solares disponibles actualmente en el mercado. El proceso fotovoltaico de las células solares transforma la luz solar en electricidad sin necesidad de combustibles adicionales. El diseño y la eficiencia de los paneles solares de silicio han mejorado significativamente a lo largo de las décadas gracias a los avances en la fabricación y la tecnología. La eficiencia fotovoltaica de una célula solar se define como la proporción de la energía proveniente de la luz solar que puede convertirse en electricidad. La eficiencia fotovoltaica y el coste total son los dos principales factores limitantes de los paneles solares en la actualidad.

Además de las células solares de silicio , también existen células solares en tándem que utilizan células específicas optimizadas para cada sección del espectro solar, lo que aumenta la eficiencia general. Un material llamado perovskita se considera mejor que el silicio para absorber fotones azules de alta energía de la luz solar, es decir, otra parte del espectro solar. Las perovskitas son un material policristalino (generalmente trihaluro de metilamonio y plomo (CH3NH3PbX3, donde X es un átomo de yodo, bromo o cloro)). Las perovskitas son fáciles de procesar para formar capas que absorban la luz solar. Estudios anteriores han combinado silicio y perovskitas en células solares, es decir, con células de silicio en la parte superior que pueden absorber fotones amarillos, rojos e infrarrojos cercanos junto con células de perovskita, casi duplicando así la producción de energía.

En un nuevo estudio publicado en Science el 3 de mayo, investigadores han desarrollado por primera vez células solares en tándem totalmente de perovskita que ofrecen una eficiencia de hasta el 25 por ciento. Este material se denomina película de perovskita de banda prohibida baja mixta de plomo-estaño ((FASnI3)0.6 MAPbI3)0.4; FA para formamidinio y MA para metilamonio). El estaño tiene la desventaja de reaccionar con el oxígeno del aire, creando defectos en la red cristalina que pueden interrumpir el movimiento de la carga eléctrica en la célula solar , limitando así su eficiencia. Los investigadores encontraron una manera de evitar que el estaño en la perovskita reaccione con el oxígeno. Utilizaron un compuesto químico llamado tiocianato de guanidinio para mejorar significativamente las propiedades estructurales y optoelectrónicas de las películas de perovskita de banda prohibida baja mixta de plomo-estaño. El compuesto tiocianato de guanidinio recubre los cristalitos de perovskita en la película absorbente solar , impidiendo así que el oxígeno penetre y reaccione con el estaño. Esto aumenta directamente la eficiencia de la célula solar del 18 al 20 por ciento. Además, cuando este nuevo material se combinó con la capa superior de perovskita de alta absorción utilizada convencionalmente, la eficiencia aumentó aún más hasta el 25 por ciento.

El estudio actual describe por primera vez el diseño de células solares en tándem utilizando todas las películas delgadas de perovskita y esta tecnología podría algún día reemplazar el silicio en las células solares. El nuevo material es de alta calidad, es económico y su fabricación es más simple, mientras que el costo es bajo en comparación con las células en tándem de silicio y silicio-perovskitas. Las perovskitas son materiales artificiales en comparación con el silicio y los paneles solares basados ​​en perovskitas son flexibles, livianos y semitransparentes. Aunque el material actual tardará algún tiempo en superar la eficiencia de la tecnología de perovskita de silicio. Sin embargo, las películas policristalinas a base de perovskita tienen el potencial de diseñar células solares en tándem que podrían proporcionar una eficiencia de hasta el 30 por ciento sin obstaculizar otros factores. Se necesitan más estudios para hacer que el material sea robusto, más estable y también reciclable para reducir el impacto en el medio ambiente. El sector de la energía solar es uno de los de más rápido crecimiento y el objetivo final es descubrir una alternativa prometedora para las energías limpias.

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{Puede leer el trabajo de investigación original haciendo clic en el enlace DOI que figura a continuación en la lista de fuentes citadas}

Fuentes)

Tong J. et al. 2019. Tiempos de vida de portadores de >1 μs en perovskitas de Sn-Pb permiten células solares tándem totalmente de perovskita eficientes. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911

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