Ciencia

Paneles solares: las capas apiladas podrían allanar el camino para recolectores de energía versátiles y flexibles

Las perovskitas son compuestos con una estructura cristalina especial que han llamado mucho la atención por su potencial para optimizar la tecnología de captación de energía solar. Las células solares hechas de perovskita tienen el potencial de ser más flexibles y livianas que las fotovoltaicas de película delgada y más eficientes que los paneles solares rígidos de silicio. De hecho, los investigadores ya han logrado lograr eficiencias comparables a las de las células solares de silicio, y ahora están trabajando en aplicaciones prácticas.

La eficiencia de las celdas solares se puede mejorar apilando dos o más celdas diferentes una encima de la otra; si las diferentes capas son especialmente eficientes para absorber la luz de diferentes partes del espectro electromagnético, las pérdidas se pueden reducir en comparación con las capas individuales.

De esta manera, se incrementa la eficiencia general del panel solar, una medida de la cantidad de luz que cae sobre la celda que se convierte en electricidad.

Debido a su versatilidad, las perovskitas son componentes sobresalientes dentro de tales células solares en tándem.

De hecho, las células solares de silicio y perovskita en tándem han logrado eficiencias récord de más del 29 por ciento, en comparación con solo el 25,7 y el 26,7 por ciento de las células individuales hechas solo de perovskita o silicio, respectivamente.

Se pueden lograr otros beneficios combinando perovskitas con materiales, como cobre-indio-diselenuro (CIS) o cobre-indio-galio-diselenuro.

Estos permitirán la fabricación de células solares en tándem ligeras y flexibles que se pueden instalar no solo en los techos de los edificios, sino también en vehículos y equipos portátiles.

Incluso puede ser posible crear paneles solares que puedan enrollarse para almacenarse y desplegarse cuando sea necesario, como, por ejemplo, en persianas o toldos que pueden producir electricidad al mismo tiempo que brindan sombra.

En su estudio, los expertos en fotónica Dr. Marco Ruiz-Preciado y el profesor Ulrich Paetzold del Instituto de Tecnología de Karlsruhe y sus colegas lograron producir células solares en tándem de perovskita/CIS con una eficiencia teórica máxima del 24,9 por ciento (y 23,5 por ciento certificado).

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El Dr. Ruiz-Preciado dijo: «Esta es la eficiencia más alta reportada para esta tecnología y el primer nivel de alta eficiencia alcanzado con una celda solar de diseleniuro de indio y cobre casi libre de galio en un tándem».

Reducir la cantidad de galio en la celda da como resultado una “banda prohibida” estrecha de alrededor de 1 electrón voltio que está muy cerca del ideal de 0,96 para una celda solar más baja en tándem.

La banda prohibida es el nombre que se le da a la parte del espectro que una celda solar puede absorber para generar electricidad.

En una celda solar en tándem, para lograr la máxima eficiencia, los espacios de banda deben ajustarse de manera que las dos capas produzcan corrientes similares. Si cambia la brecha de banda de la celda inferior, la brecha de la celda superior debe ajustarse en consecuencia, y viceversa.

Normalmente, los ajustes de la brecha de banda se realizan mediante el uso de perovskitas con un alto contenido de bromuro, pero esto puede generar trabajos de voltaje e inestabilidad de fase.

Sin embargo, debido a que los investigadores utilizaron células solares CIS con una banda prohibida estrecha en la base de las células tándem, pudieron producir las capas superiores utilizando perovskitas con un bajo contenido de bromo, lo que hizo que las células fueran más estables y eficientes.

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El profesor Paetzold agregó: «Nuestro estudio demuestra el potencial de las células solares en tándem de perovskita/CIS».

Junto a esto, agregó, “establece las bases para el desarrollo futuro para realizar mejoras adicionales en su eficiencia.

“Hemos alcanzado este hito gracias a la excelente cooperación en el proyecto PERCISTAND de la UE y, en particular, gracias a nuestra estrecha cooperación con la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada.

Se logró un trabajo preliminar adicional, agregó el equipo, como parte del proyecto CAPITANO, financiado por Alemania.

Los hallazgos completos del estudio se publicaron en la revista ACS Energy Letters.

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