David Moe Almenningen muestra el pigmento que puede mejorar el rendimiento de las células solares. Crédito:Vilde Bråten
Mientras la luz del sol se filtra a través del dosel de un bosque, la clorofila trabaja arduamente para capturar la energía de los fotones. Inspirado en la naturaleza, Los investigadores de NTNU están trabajando en tintes que capturan la luz para que las células solares generen electricidad.
Estos no son el tipo de células solares que verá en el techo de un edificio. En esas células solares de silicio, la luz golpea una de las dos capas de semiconductores y libera electrones para saltar entre las capas. Es el movimiento de estos electrones lo que crea una corriente eléctrica. Una celda solar sensibilizada con colorante (DSSC) funciona de manera similar, pero una de las capas semiconductoras se reemplaza con un tinte fotosensible que absorbe la luz y libera electrones.
Las células solares sensibilizadas por colorante tienden a no ser tan eficientes en convertir la luz en electricidad como sus contrapartes de silicio. Pero funcionan en condiciones de poca luz, y puede ser transparente y flexible, por lo que se adaptan mejor a algunas aplicaciones. Para aprovechar al máximo las DSSC, un proyecto de investigación parcialmente financiado por el Consejo de Investigación de Noruega (RCN) está buscando formas de aumentar su eficiencia.
En un artículo publicado en la revista Dyes and Pigments, NTNU Ph.D. el candidato David Moe Almenningen y colegas, Extraño Reidar Gautun, Bård Helge Hoff y Svein Sunde han demostrado que agregar una molécula particular a los tintes puede aumentar sus propiedades de captación de luz, aunque hasta ahora la luz adicional tiene un costo.
Para captar la luz, un tinte debe actuar como donante y aceptor de electrones.
"Cuando esta molécula es golpeada por un rayo de sol, luego el electrón se mueve de la parte rica en electrones a la parte pobre en electrones, "dice Almenningen.
David Moe Almenningen muestra el pigmento que puede mejorar el rendimiento de las células solares. Crédito:Vilde Bråten
Al agregar algo entre el donante y el aceptor, Los químicos pueden aumentar la cantidad de luz que recolectan las células.
La investigación de Almenningen está investigando la adición de compuestos que contienen tiofenos, una molécula similar al benceno pero que contiene azufre. Los tiofenos son ricos en electrones, por lo que se esperaría que aumentara las propiedades de captación de luz del tinte, él dice. Y experimentos recientes demuestran que sí:el tinte con más tiofenos fue el que cosechó más luz.
No es una mejora, todavía
Sin embargo, resulta que aumentar la cantidad de luz que captura un tinte no significa automáticamente mejores células solares. En pocas palabras:puede obtener más electrones, pero no necesariamente van a donde quieres que vayan.
En sus experimentos, Almenningen descubrió que, aunque absorbía la mayor cantidad de luz, el tinte con más tiofenos en realidad hizo la célula solar menos eficiente.
"Crees que estás haciendo algo brillante al aumentar la capacidad de captación de luz, pero luego hay otras reacciones en la célula solar que se ven afectadas negativamente por estas modificaciones, " él dice.
Las células solares transparentes se pueden utilizar como parte de la ventana o fachada de un edificio. Crédito:David Moe Almenningen / NTNU
Ofrece ventajas potenciales
Él y sus colegas esperan encontrar una manera de evitar esos efectos contraproducentes y aprovechar la colección de luces mejorada. Su siguiente paso es intentar modificar químicamente el tinte para que los electrones solo puedan ir en una dirección. Si tiene éxito, podría conducir a células solares más eficientes.
Encontrar una manera de aumentar la eficiencia de las DSSC es uno de los obstáculos para el uso generalizado. La eficiencia más alta actual es de alrededor del 12%, en comparación con cerca del 20% para una celda solar de silicio comercial tradicional.
Si los investigadores pueden aprovechar la luz capturada por los tintes en estas células solares de manera más efectiva, Las DSSC ofrecerían potencialmente una ventaja sobre las células solares cristalinas tradicionales cuando se trata de escalar:son baratas de fabricar, porque no necesitan una sala limpia o tecnología de vacío.
Una vía prometedora para los DSSC sería integrarlos en los edificios para capturar la luz más tenue que normalmente se encuentra en el interior.
"Ahí es donde brillan estas células solares, "dice Almenningen." También se ven bastante bonitos. Puede personalizar el color que desee, pueden ser transparentes ".
Para Almenningen, aunque, la recompensa está en descubrir cómo el cambio de la estructura química afecta el rendimiento del tinte:"La química en sí misma es lo fascinante".
