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  • Nueva generación de células solares:la energía fotovoltaica de puntos cuánticos establece un nuevo récord de eficiencia en este tipo de dispositivos

    El investigador muestra una muestra de la nueva célula solar que establece un récord en el campus del MIT. Crédito:Chia-Hao Chuang

    La tecnología de células solares ha avanzado rápidamente, a medida que cientos de grupos en todo el mundo persiguen más de dos docenas de enfoques utilizando diferentes materiales, tecnologías y enfoques para mejorar la eficiencia y reducir los costos. Ahora, un equipo del MIT ha establecido un nuevo récord para las células de puntos cuánticos más eficientes, un tipo de célula solar que se considera especialmente prometedora debido a su bajo costo inherente. versatilidad, y peso ligero.

    Si bien la eficiencia general de esta celda sigue siendo baja en comparación con otros tipos (alrededor del 9 por ciento de la energía de la luz solar se convierte en electricidad), la tasa de mejora de esta tecnología es una de las más rápidas observadas en una tecnología solar. El desarrollo se describe en un artículo, publicado en la revista Materiales de la naturaleza , por los profesores del MIT Moungi Bawendi y Vladimir Bulović y los estudiantes graduados Chia-Hao Chuang y Patrick Brown.

    El nuevo proceso es una extensión del trabajo de Bawendi, el profesor de química Lester Wolfe, para producir puntos cuánticos con características controlables con precisión, y como recubrimientos delgados uniformes que se pueden aplicar a otros materiales. Estas minúsculas partículas son muy efectivas para convertir la luz en electricidad, y viceversa. Desde el primer progreso hacia el uso de puntos cuánticos para fabricar células solares, Bawendi dice:"La comunidad, en los últimos años, ha comenzado a comprender mejor cómo funcionan estas células, y cuáles son las limitaciones ".

    El nuevo trabajo representa un salto significativo en la superación de esas limitaciones, aumentando el flujo de corriente en las células y aumentando así su eficiencia general para convertir la luz solar en electricidad.

    Muchos enfoques para crear de bajo costo, Las células solares livianas y flexibles de gran superficie sufren graves limitaciones, como una vida útil corta cuando se exponen al aire. o la necesidad de cámaras de vacío y altas temperaturas durante la producción. Por el contrario, el nuevo proceso no requiere una atmósfera inerte o altas temperaturas para hacer crecer las capas del dispositivo activo, y las células resultantes no muestran degradación después de más de cinco meses de almacenamiento en el aire.

    Bulović, el profesor Fariborz Maseeh de tecnología emergente y decano asociado de innovación en la Escuela de Ingeniería del MIT, explica que las capas delgadas de puntos cuánticos "les permiten hacer lo que hacen como individuos, absorber la luz muy bien, pero también trabajar en grupo, a los gastos de transporte ". Esto permite que esos gastos se cobren en el borde de la película, donde se pueden aprovechar para proporcionar una corriente eléctrica.

    El nuevo trabajo reúne desarrollos de varios campos para impulsar la tecnología a una eficiencia sin precedentes para un sistema basado en puntos cuánticos:los cuatro coautores del artículo provienen de los departamentos de física del MIT, química, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, e ingeniería eléctrica e informática. La celda solar producida por el equipo ahora se ha agregado a la lista de los Laboratorios Nacionales de Energía Renovable de eficiencias récord para cada tipo de tecnología de celda solar.

    La eficiencia general de la celda es aún menor que la de la mayoría de los otros tipos de celdas solares. Pero Bulović señala, "Silicon tuvo seis décadas para llegar a donde está hoy, e incluso el silicio aún no ha alcanzado el límite teórico. No se puede esperar que una tecnología completamente nueva supere a un titular en solo cuatro años de desarrollo ". Y la nueva tecnología tiene ventajas importantes, en particular, un proceso de fabricación que consume mucha menos energía que otros tipos.

    Chuang agrega, "Cada parte de la celda, excepto los electrodos por ahora, puede depositarse a temperatura ambiente, en aire, fuera de solución. Realmente no tiene precedentes ".

    El sistema es tan nuevo que también tiene potencial como herramienta para la investigación básica. "Hay mucho que aprender sobre por qué es tan estable. Hay mucho más por hacer, para usarlo como banco de pruebas para la física, para ver por qué los resultados a veces son mejores de lo que esperamos, "Dice Bulović.

    Un documento complementario escrito por tres miembros del mismo equipo junto con Jeffrey Grossman del MIT, el profesor adjunto Carl Richard Soderberg de ingeniería energética, y otros tres, aparece este mes en la revista ACS Nano , explicando con mayor detalle la ciencia detrás de la estrategia empleada para alcanzar este gran avance en la eficiencia.

    El nuevo trabajo representa un cambio radical para Bawendi, que había pasado gran parte de su carrera trabajando con puntos cuánticos. "Yo era algo escéptico hace cuatro años, ", dice. Pero la investigación de su equipo desde entonces ha demostrado claramente el potencial de los puntos cuánticos en las células solares, él añade.

    Arthur Nozik, un profesor de investigación en química de la Universidad de Colorado que no participó en esta investigación, dice, "Este resultado representa un avance significativo para las aplicaciones de películas de puntos cuánticos y la tecnología de baja temperatura, procesado en solución, células fotovoltaicas de puntos cuánticos. … Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que las células solares de puntos cuánticos sean comercialmente viables, pero este último desarrollo es un buen paso hacia este objetivo final ".

    Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.




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