El futuro se vuelve más brillante para la energía solar. Los investigadores de CU Boulder han creado una celda solar de bajo costo con una de las eficiencias de conversión de energía más altas hasta la fecha. colocando celdas en capas y usando una combinación única de elementos.

"Tomamos un producto que es responsable de una industria de $ 30 mil millones al año y lo hicimos un 30% mejor, "dijo Michael McGehee, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica y coautor de un artículo, para ser publicado mañana en Ciencias , que describe la tecnología. "Eso es un gran problema".

Los investigadores tomaron una célula solar de perovskita, una estructura cristalina que está diseñada para recolectar fotones de mayor energía, y lo colocó encima de una celda solar de silicio, que captura más fotones en la parte infrarroja del espectro, que se compone de energía radiante que no podemos ver, pero podemos sentir como calor. Conjunto, la perovskita eleva una célula solar de silicio al 21% hasta una eficiencia del 27%, incrementándola en un tercio.

Durante años, Las células solares de silicio han sido el estándar en la industria de la energía solar. Pero las células actuales basadas en silicio solo convierten del 18% al 21% de la energía solar en electricidad utilizable en promedio. y alcanzan un máximo de aproximadamente el 26,6%.

Esto significa que ahora cuesta más instalar las celdas que comprarlas, dijo McGehee, miembro del Instituto de Energías Renovables y Sostenibles.

La eficiencia promedio de los paneles solares es menor que la eficiencia máxima, porque no importa lo bueno que sea un individuo, pequeña célula solar es, perderá alrededor de tres puntos porcentuales cuando se aplique sobre un panel grande, algo así como un equipo deportivo que solo es tan bueno como su jugador promedio. Pero si puede aumentar la eficiencia general, no es necesario instalar tantos paneles para obtener la misma cantidad de energía.

Lo que mejora drásticamente la eficiencia es colocar otra celda solar encima de una existente, y eso es exactamente lo que hicieron McGehee y sus colegas investigadores.

Una fórmula secreta asequible

Esta no es la primera vez que los investigadores colocan células solares en capas para ganar eficiencia. El concepto, también conocidas como células solares en tándem o multiunión, se introdujo por primera vez en la década de 1970, y el récord mundial de eficiencia de células solares ya supera el 45%. Sin embargo, tuvo un precio elevado:80 dólares, 000 por metro cuadrado, debido al hecho de que las células se cultivaron una capa atómica a la vez, creando uno grande, cristal individual. Probablemente no sea un costo que el propietario de una vivienda o negocio promedio pueda pagar.

McGehee y sus compañeros investigadores son los pioneros en una nueva dirección de células solares en capas, usando perovskitas, que cuestan más de cien veces menos.

Comenzaron hace menos de 10 años con el concepto de utilizar materiales menos costosos sobre el silicio, y al principio solo alcanzó un 13% de eficiencia. Pero gracias a las mejoras tecnológicas, han podido duplicar ese número.

Su fórmula secreta involucra una aleación única de cloro de triple haluro, bromo, y yodo.

En células solares, hay una banda prohibida ideal, según McGehee. Este es el espacio entre los niveles de energía en un semiconductor, entre los cuales los electrones saltan y crean energía eléctrica.

El bromo puede aumentar esta banda prohibida, pero cuando se usa con yodo y se expone a la luz, estos elementos no siempre permanecen en su lugar. Estudios anteriores han intentado usar cloro y yodo juntos, pero debido a los diferentes tamaños de partículas de estos elementos, no cabía suficiente cloro en la estructura del cristal de perovskita. Pero al usar diferentes cantidades de cloro, bromo, y yodo, los investigadores descubrieron una forma de encoger la estructura cristalina, permitiendo que entre más cloro, estabilizando y mejorando la eficiencia de la celda.

Las perovskitas también son económicas, no requiere mucha energía y es fácil de crear en el laboratorio. E incluso después de 1000 horas, o casi 42 días, de pruebas intensivas de luz y calor, estas nuevas células solares mostraron un cambio mínimo en su eficiencia inicial.

Con el mercado de la energía solar creciendo alrededor del 30% anual, eficiencia, el costo y la longevidad son consideraciones importantes por las que las nuevas tecnologías se convertirán en la corriente principal.

McGehee es optimista sobre el potencial de esta amplia brecha de banda, célula solar de perovskita en capas.

No solo ha superado ahora la eficiencia máxima de una celda solar de solo silicio, "Creemos que nos puede llevar más del 30% de eficiencia y que puede ser estable, "dijo McGehee.