1. Células fotovoltaicas:
La alta transparencia del grafeno y su excelente movilidad como portador de carga lo convierten en un material ideal para electrodos transparentes en células solares. Cuando se combina con materiales semiconductores, el grafeno puede formar heterouniones, mejorando la eficiencia de la absorción de luz y la separación de cargas. Los electrodos transparentes a base de grafeno han demostrado una mejor captación de luz y una reducción de las pérdidas por reflexión, lo que conduce a mayores eficiencias de conversión de energía en las células solares.
2. Células solares de perovskita:
Se han incorporado materiales 2D, como grafeno y dicalcogenuros de metales de transición (TMDC), a las células solares de perovskita para mejorar su estabilidad y rendimiento. El grafeno puede actuar como capa de transporte de carga, extrayendo y transportando portadores fotogenerados de manera eficiente. Los TMDC, como el disulfuro de molibdeno (MoS2), pueden formar heterouniones con perovskitas, mejorando la absorción de luz y reduciendo las pérdidas por recombinación. Estos materiales 2D mejoran la eficiencia general de conversión de energía y la estabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita.
3. Células solares de puntos cuánticos:
El grafeno y otros materiales 2D se pueden integrar con puntos cuánticos para crear células solares de puntos cuánticos. La combinación de las excelentes propiedades de transporte de carga del grafeno y las bandas prohibidas sintonizables de los puntos cuánticos permite una recolección eficiente de luz en un amplio espectro del espectro solar. Las células solares híbridas de grafeno y puntos cuánticos han demostrado una mayor absorción de luz, una mejor separación de los portadores de carga y una mayor eficiencia de conversión de energía en comparación con las células solares de puntos cuánticos convencionales.
4. Células solares en tándem:
Los materiales 2D se pueden utilizar en células solares en tándem para lograr mayores eficiencias de conversión al apilar múltiples capas fotovoltaicas con diferentes bandas prohibidas. El grafeno puede servir como una capa de conexión transparente entre las subceldas, facilitando el transporte de carga eficiente y reduciendo las pérdidas ópticas. Al combinar grafeno con varios materiales semiconductores, las células solares en tándem pueden lograr mayores eficiencias de conversión de energía, haciéndolas más eficientes a la hora de convertir la luz solar en energía eléctrica.
5. Gestión de la luz:
Las propiedades ópticas únicas del grafeno pueden aprovecharse para la gestión de la luz en células solares. Al modelar el grafeno en estructuras específicas, como matrices periódicas o nanoestructuras, es posible manipular la reflexión, la absorción y la dispersión de la luz solar. Esto permite una mejor captura y utilización de la luz dentro de la célula solar, mejorando la eficiencia general de la conversión de luz.
6. División del agua impulsada por energía solar:
El grafeno y los materiales 2D se han mostrado prometedores para la división del agua impulsada por la energía solar, un proceso de división del agua en hidrógeno y oxígeno utilizando la luz solar. El grafeno puede actuar como soporte de catalizador, mejorando la actividad y estabilidad de los catalizadores que dividen el agua. Los TMDC, como el MoS2 y el disulfuro de tungsteno (WS2), poseen bandas prohibidas adecuadas y excelentes propiedades de separación de carga, lo que los convierte en fotocatalizadores prometedores para la división del agua. Combinando grafeno y estos materiales 2D, se pueden desarrollar sistemas de división de agua eficientes y estables impulsados por energía solar para la producción de hidrógeno.
En resumen, el grafeno y otros materiales 2D ofrecen una amplia gama de posibilidades para aprovechar la energía solar. Sus propiedades únicas permiten avances en la tecnología de células fotovoltaicas, células solares de perovskita, células solares de puntos cuánticos, células solares en tándem, gestión de la luz y división del agua impulsada por la energía solar. Estos materiales 2D tienen el potencial de revolucionar la conversión de energía solar y contribuir al desarrollo de tecnologías solares más eficientes y sostenibles.
