Las células solares de próxima generación que imitan la fotosíntesis con material biológico pueden dar un nuevo significado al término "tecnología verde". La adición de la proteína bacteriorrodopsina (bR) a las células solares de perovskita aumentó la eficiencia de los dispositivos en una serie de pruebas de laboratorio. según un equipo internacional de investigadores.

"Estos hallazgos abren la puerta al desarrollo de un tecnología de células solares de bioperovskite más respetuosa con el medio ambiente, "dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación y profesor de ciencia de materiales en Penn State. "En el futuro, esencialmente podemos reemplazar algunos productos químicos costosos dentro de las células solares con materiales naturales relativamente más baratos ".

Células solares de perovskita, llamado así por sus estructuras cristalinas únicas que sobresalen en absorber la luz visible, son un área de intensa investigación porque ofrecen una alternativa más eficiente y menos costosa a la tecnología solar tradicional basada en silicio.

Las células solares de perovskita más eficientes pueden convertir del 22 al 23 por ciento de la luz solar en electricidad. Los investigadores encontraron que agregar la proteína bR a las células solares de perovskita mejoró la eficiencia de los dispositivos del 14.5 al 17 por ciento. Informaron sus hallazgos en la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados de ACS .

La investigación representa la primera vez que los científicos han demostrado que los materiales biológicos agregados a las células solares de perovskita pueden proporcionar una alta eficiencia. La investigación futura podría resultar en materiales de bioperovskita aún más eficientes, dijeron los investigadores.

"Estudios anteriores han logrado una eficiencia del 8 o el 9 por ciento al mezclar ciertas proteínas dentro de las estructuras de las células solares, "dijo Priya, coautor principal del estudio. "Pero nada se ha acercado al 17 por ciento. Estos hallazgos son muy significativos".

Los paneles solares comerciales constan de cientos o miles de células solares individuales, por lo que incluso pequeñas mejoras en la eficiencia pueden generar ahorros reales, según los investigadores.

Imitando la naturaleza

Basándose en la naturaleza, los investigadores buscaron mejorar aún más el rendimiento de las células solares de perovskita a través de la transferencia de energía de resonancia de Förster (FRET), un mecanismo de transferencia de energía entre un par de moléculas fotosensibles.

"El mecanismo FRET existe desde hace mucho tiempo, "dijo Renugopalakrishnan Venkatesan, profesor de Northeastern University y Boston Children's Hospital, Universidad Harvard, y coautor principal del estudio. "Parece ser la base de la fotosíntesis y se puede encontrar en tecnologías como la transferencia inalámbrica de energía, e incluso en el mundo animal como mecanismo de comunicación. Estamos utilizando este mecanismo para intentar crear un mundo de sistemas bioinspirados que tengan el potencial de superar las moléculas orgánicas o inorgánicas ".

Las proteínas bR y los materiales de perovskita tienen propiedades eléctricas similares, o huecos de banda. Al alinear estas brechas, los científicos plantearon la hipótesis de que podrían lograr un mejor rendimiento en las células solares de perovskita a través del mecanismo FRET.

"Las células solares funcionan absorbiendo energía luminosa, o moléculas de fotones y creando pares de electrones-huecos, "dijo Subhabrata Das, quien participó en la investigación mientras era estudiante de doctorado en la Universidad de Columbia. "Al enviar los electrones y los huecos en direcciones opuestas, las células solares generan una corriente eléctrica que se convierte en electricidad ".

Sin embargo, un cierto porcentaje de pares de huecos de electrones se recombinan, reduciendo la cantidad de corriente producida. La mezcla de la proteína bR en células solares de perovskita ayudó a que los pares de agujeros de electrones se movieran mejor a través de los dispositivos, reducir las pérdidas por recombinación y aumentar la eficiencia, dijeron los científicos.

Los hallazgos podrían tener consecuencias mayores, conduciendo al diseño de otros dispositivos híbridos en los que los materiales artificiales y biológicos trabajan juntos, según los investigadores.