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Avance en el aprovechamiento de la energía solar para generar energía

TECNOLOGÍA DE INGENIERÍAAvance en el aprovechamiento de la energía solar para generar energía

El estudio describe una nueva célula solar en tándem 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 no renovables de energía Los llamados combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas han tenido un tremendo impacto negativo en la humanidad y el medio ambiente. La quema de combustibles fósiles se suma al efecto invernadero y causa el calentamiento global, destruye los hábitats, contamina el aire, el agua y la tierra y afecta la salud pública. Existe una necesidad urgente de construir tecnología sostenible que pueda ayudar a industria el mundo utilizando energía limpia. Energía solar La tecnología es uno de esos métodos que tiene la capacidad de aprovechar la luz del sol, la fuente de energía renovable más abundante, y convertirla en energía eléctrica. Los factores ventajosos de la energía solar en términos de beneficio para los seres humanos y el medio ambiente han desempeñado un papel clave en la promoción del uso de la energía solar.

El silicio es el material comúnmente utilizado para fabricar solar células en paneles solares que están disponibles en el mercado hoy. El proceso fotovoltaico de las células solares puede transformar la luz solar en electricidad sin el uso adicional de ningún combustible. El diseño y la eficiencia de los paneles solares de silicio han mejorado significativamente durante décadas debido a los avances en la fabricación y la tecnología. La eficiencia fotovoltaica de una célula solar se define como la parte de la energía que se encuentra en forma de luz solar y que se puede convertir en electricidad. La eficiencia fotovoltaica y los costos generales son los dos principales factores limitantes de los paneles solares en la actualidad.

Además de las células solares de silicio, también están disponibles células solares en tándem en las que se utilizan células específicas que están optimizadas para cada sección del espectro solar, lo que conduce a un aumento de la eficiencia general. Un material llamado perovskitas 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 yodo, bromo o átomo de cloro). Las perovskitas son fáciles de procesar en capas que absorben la luz solar. Estudios anteriores han combinado silicio y perovskitas en células solares, es decir, tienen células de silicio en el superior que puede absorber fotones amarillos, rojos y del infrarrojo cercano junto con las células de perovskita, lo que casi duplica la producción de energía.

En un nuevo estudio publicado en Ciencias el 3 de mayo, los investigadores desarrollaron por primera vez todas las células solares en tándem de perovskitas que dan una eficiencia de hasta el 25 por ciento. Este material se denomina película de perovskita de banda baja mixta de plomo y 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 la eficiencia de la célula. 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 optoelectrónicas y estructurales de las películas de perovskita de baja banda prohibida mezcladas con plomo y estaño. El compuesto tiocianato de guanidinio recubre los cristalitos de perovskita en la película absorbente solar evitando así que el oxígeno entre para reaccionar con el estaño. Esto inmediatamente mejora la eficiencia de la célula solar del 18 al 20 por ciento. Además, cuando este nuevo material se combinó con una capa superior de perovskita de alta absorción usada convencionalmente, la eficiencia aumentó aún más al 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.

***

{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. y col. 2019 Las vidas útiles de los portadores de> 1 μs en perovskitas de Sn-Pb permiten células solares en tándem de perovskita eficientes. Science, 364 (6439). https://doi.org/10.1126/science.aav7911

Equipo SCIEU
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