Las instalaciones de paneles solares están aumentando en los EE. UU., con más de 2 millones de nuevas instalaciones a principios de 2019, la mayor cantidad jamás registrada en un primer trimestre, según un informe reciente de la Asociación de Industrias de Energía Solar y Wood Mackenzie Power &Renewables.

Para satisfacer las crecientes demandas, Son deseables alternativas de bajo costo y más eficientes a las células solares basadas en silicio —actualmente la tecnología más utilizada—. En la última decada, las perovskitas de haluro de plomo han surgido como la clase más prometedora de materiales alternativos; sin embargo, son inestables. Contienen plomo que es tóxico y presenta peligros potenciales para la salud y el medio ambiente, como la contaminación de las aguas subterráneas.

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Washington en St. Louis ha encontrado lo que creen que es un sistema más estable, semiconductor menos tóxico para aplicaciones solares que utiliza un nuevo óxido de perovskita doble descubierto a través de análisis de datos y cálculos de mecánica cuántica.

Su trabajo fue publicado en línea el 11 de junio en Química de Materiales .

Rohan Mishra, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey, lideró un interdisciplinario, equipo internacional que descubrió el nuevo semiconductor, compuesto de potasio, bario, telurio, bismuto y oxígeno (KBaTeBiO6). El óxido de perovskita doble sin plomo fue uno de los primeros 30, 000 óxidos potenciales a base de bismuto. De esos 30, 000, sólo unos 25 eran compuestos conocidos.

Utilizando la informática de materiales y los cálculos de la mecánica cuántica en una de las supercomputadoras más rápidas del mundo, Arashdeep Singh Thind, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Mishra con sede en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, encontró que KBaTeBiO6 es el más prometedor de los 30, 000 óxidos potenciales.

"Descubrimos que este parecía ser el compuesto más estable y que podía sintetizarse en el laboratorio, "Dijo Mishra." Más importante aún, mientras que la mayoría de los óxidos tienden a tener una banda grande, predijimos que el nuevo compuesto tendría una banda prohibida más baja, que está cerca de las perovskitas de haluro, y tener propiedades razonablemente buenas ".

La banda prohibida es la barrera de energía que los electrones deben superar para formar portadores libres que, en el contexto de una célula solar, puede extraerse para alimentar un dispositivo eléctrico o almacenarse en una batería para su uso posterior. La energía para superar esta barrera la proporciona la luz solar. Los compuestos más prometedores para aplicaciones de células solares tienen una banda prohibida de aproximadamente 1,5 eV, o electronvoltio, Dijo Mishra.

Mishra discutió la posibilidad de sintetizar KBaTeBiO6 con Pratim Biswas, vicecanciller asistente, la profesora Lucy &Stanley Lopata y presidenta del Departamento de Energía, Ingeniería Ambiental y Química. Shalinee Kavadiya, luego un estudiante de doctorado de McKelvey Engineering y ahora un asociado de investigación postdoctoral en la Universidad Estatal de Arizona, se puso a trabajar para perfeccionar la receta.

"Shalinee pasó unos seis meses sintetizando el material, "Dijo Mishra." Una vez que pudo sintetizarlo, como habíamos predicho, era estable y tenía una banda prohibida de 1,88 eV, que también predijimos ".

Mishra dijo que estas son células solares de primera generación que necesitan un ajuste más fino de la banda prohibida, pero es un buen primer paso hacia las células solares no tóxicas.

"Esto demuestra que podemos alejarnos de estas perovskitas de haluro de plomo, ", Dijo Mishra." Esto abre un espacio realmente grande para diseñar semiconductores no solo para aplicaciones de células solares sino también para otras aplicaciones de semiconductores, como pantallas LCD ".

Próximo, el equipo estudiará el papel de cualquier defecto en este nuevo semiconductor y buscará técnicas de síntesis más avanzadas, incluido el uso de técnicas de aerosol.