El Dr. Longbin Qiu sostiene una hoja de células solares hechas de materiales flexibles. La Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de Superficies tiene como objetivo desarrollar estos dispositivos para fabricar cortinas solares y tecnologías solares que se puedan incorporar fácilmente en los hogares de las personas. Crédito:Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Los científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) han resuelto una debilidad fundamental en una tecnología solar prometedora conocida como células solares de perovskita. o PSC. Sus innovaciones parecen mejorar tanto la estabilidad como la escalabilidad de los dispositivos de una sola vez y podrían ser clave para llevar los PSC al mercado.
Las células solares de tercera generación convierten eficientemente la luz solar en electricidad utilizable y su fabricación cuesta menos energía que las células de silicio de la vieja escuela. PSC, en particular, han atraído la atención de la ciencia y la industria gracias a su bajo costo y alta eficiencia. Aunque su desempeño es prometedor en las pruebas de laboratorio, los dispositivos aún sufren de baja estabilidad y no se pueden producir comercialmente hasta que estén diseñados para durar.
"Necesitamos módulos solares que puedan durar al menos de 5 a 10 años. Por ahora, la vida útil de los PSC es mucho más corta, "dijo el Dr. Longbin Qiu, primer autor del artículo y becario postdoctoral en la Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de Superficies de la OIST, dirigido por el Prof. Yabing Qi.
El estudio, publicado en línea en Materiales funcionales avanzados el 13 de diciembre 2018, apoya la evidencia previa de que un material de uso común en los PSC, llamado dióxido de titanio, degrada los dispositivos y limita su vida útil. Los investigadores reemplazaron este material con dióxido de estaño, un conductor más fuerte sin estas propiedades degradantes. Optimizaron su método de aplicar dióxido de estaño para producir estables, PSC eficientes y escalables.
En experimentos, Los investigadores encontraron que los dispositivos basados en dióxido de estaño mostraban una vida útil tres veces mayor que los dispositivos PSC que usan dióxido de titanio. "El dióxido de estaño puede brindar a los usuarios el rendimiento del dispositivo que necesitan, "dijo Qiu.
Un diseño mejorado
La Unidad de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie ha fabricado nuevos módulos de células solares de perovskita con estabilidad y eficiencia optimizadas. Aquí se muestra un prototipo que alimenta un pequeño ventilador. Crédito:Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Los PSC consisten en materiales en capas, cada uno con una función específica. La "capa activa, "hecho de materiales de perovskita, absorbe la luz solar entrante en forma de partículas llamadas fotones. Cuando un fotón golpea una célula solar, genera electrones con carga negativa y huecos con carga positiva en la capa activa. Los científicos controlan el flujo de estos electrones y agujeros intercalando la capa activa entre dos "materiales de transporte, "creando así un campo eléctrico incorporado.
Para ayudar a llevar los electrones en la dirección correcta, muchas PSC incluyen una "capa de transporte de electrones". La mayoría de las PSC emplean dióxido de titanio como capa de transporte de electrones, pero cuando se expone a la luz del sol, el material reacciona con la perovskita y finalmente degrada el dispositivo. El dióxido de estaño es un sustituto viable del dióxido de titanio, pero antes de este estudio, no se había incorporado con éxito a un dispositivo a gran escala.
Usando una técnica común en la industria llamada deposición catódica, los investigadores aprendieron cómo crear una capa de transporte de electrones eficaz a partir del dióxido de estaño. La deposición por pulverización funciona bombardeando el material objetivo, aquí dióxido de estaño, con partículas cargadas, haciendo que se rocíe hacia arriba sobre una superficie de espera. Controlando con precisión el poder de la pulverización catódica y la velocidad de la deposición, los investigadores produjeron capas lisas con un grosor uniforme en un área grande.
Sus nuevas células solares lograron una eficiencia de más del 20 por ciento. Para demostrar la escalabilidad de este nuevo método, Luego, los investigadores fabricaron módulos solares de 5 por 5 centímetros con un área designada de 22,8 centímetros cuadrados, encontrando que los dispositivos resultantes mostraron una eficiencia superior al 12 por ciento. Esta investigación, que fue apoyado por el Programa de Prueba de Concepto del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de OIST, representa un paso crucial hacia el cumplimiento del estándar actual de la industria para la eficiencia de PSC.
Mudarse al mercado
Los investigadores planean continuar optimizando su diseño de PSC con el objetivo de producir módulos solares a gran escala con una eficiencia mejorada. La unidad de investigación experimenta con dispositivos solares transparentes y tiene como objetivo aplicar su diseño PSC optimizado en ventanas solares, cortinas mochilas y unidades de carga desplegables.
"Queremos escalar estos dispositivos a un tamaño grande, y aunque su eficacia ya es razonable, queremos llevarlo más lejos, ", dijo el profesor Qi." Somos optimistas de que en los próximos años, esta tecnología será viable para su comercialización ".
