Las ventanas inteligentes que son transparentes cuando está oscuro o hace frío, pero que se oscurecen automáticamente cuando el sol es demasiado brillante, son dispositivos de ahorro de energía cada vez más populares. Pero imagina que cuando la ventana se oscurece, simultáneamente produce electricidad. Tal material, un vidrio fotovoltaico que también es termocrómico reversiblemente, es una tecnología verde en la que los investigadores han trabajado durante mucho tiempo. y ahora, Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) han demostrado una forma de hacerlo funcionar.

Investigadores de Berkeley Lab, un laboratorio nacional del Departamento de Energía (DOE), descubrió que una forma de perovskita, uno de los materiales más calientes en la investigación solar actualmente debido a su alta eficiencia de conversión, Funciona sorprendentemente bien como material semiconductor estable y fotoactivo que se puede cambiar de forma reversible entre un estado transparente y un estado no transparente, sin degradar sus propiedades electrónicas.

La investigación, dirigido por Peidong Yang de la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab, fue publicado esta semana en la revista Materiales de la naturaleza en un estudio titulado, "Células solares de perovskita de haluro termocrómico". Los autores principales fueron Jia Lin, Minliang Lai, y Letian Dou, todo en el grupo de investigación de Yang.

Los científicos hicieron el descubrimiento mientras investigaban la transición de fase del material, una perovskita inorgánica. "Esta clase de perovskita de haluro inorgánico tiene una química de transición de fase asombrosa, "dijo Yang, quien también es profesor en los departamentos de Química de UC Berkeley, y Ciencia e Ingeniería de Materiales. "Básicamente, puede cambiar de una estructura cristalina a otra cuando cambiamos ligeramente la temperatura o introducimos un poco de vapor de agua".

Cuando el material cambia su estructura cristalina, cambia de transparente a no transparente. "Estos dos estados tienen exactamente la misma composición pero estructuras cristalinas muy diferentes, ", dijo." Eso fue muy interesante para nosotros. Por lo tanto, puede manipularlo fácilmente de tal manera que no esté disponible en los semiconductores convencionales existentes ".

Los materiales de perovskita de haluro son compuestos que tienen la estructura cristalina del mineral perovskita. Sus propiedades únicas, altas tasas de eficiencia, y la facilidad de procesamiento lo han convertido en uno de los desarrollos más prometedores en tecnología solar en los últimos años.

Investigadores de otro laboratorio del DOE, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), recientemente hizo un descubrimiento relacionado, utilizando una reacción química en una perovskita híbrida para demostrar una ventana solar conmutable.

Los investigadores del laboratorio de Berkeley no se propusieron originalmente desarrollar una ventana solar termocrómica. Estaban investigando las transiciones de fase en las células solares de perovskita y tratando de mejorar la estabilidad en el prototipo de yoduro de plomo de metilamonio y perovskita híbrido orgánico-inorgánico. Entonces intentaron usar cesio para reemplazar el metilamonio.

"La estabilidad química mejoró drásticamente, pero lamentablemente la fase no fue estable, "dijo Dou, quien fue becario de investigación postdoctoral y ahora es profesor asistente en la Universidad Purdue. "Se transformó en la fase de baja T [temperatura]. Fue un inconveniente, pero luego lo convertimos en algo único y útil ".

El material se activa para pasar de la fase de baja T a la alta T (o de transparente a no transparente) mediante la aplicación de calor. En el laboratorio, la temperatura requerida era de unos 100 grados centígrados. Yang dijo que están trabajando para reducirlo a 60 C.

Lin, becario postdoctoral de Berkeley Lab, dijo humedad, o humedad, se utilizó en el laboratorio para activar la transición inversa. "La cantidad de humedad necesaria depende de la composición y el tiempo de transición deseado, ", dijo." Por ejemplo, más bromuro hace que el material sea más estable, por lo que la misma humedad requeriría más tiempo para transformarse del estado de alta T a baja T ".

Los investigadores también continuarán trabajando en el desarrollo de formas alternativas para desencadenar la transición inversa, como aplicando voltaje, o diseñar la fuente de la humedad.

"La celda solar muestra un rendimiento completamente reversible y una excelente estabilidad del dispositivo durante ciclos de transición de fase repetidos sin ningún desvanecimiento del color o degradación del rendimiento, "dijo Lai, estudiante de posgrado en el grupo de Yang. "Con un dispositivo como este, un edificio o un automóvil pueden recolectar energía solar a través de la ventana fotovoltaica inteligente ".