Esta imagen generada por computadora muestra nanotubos, 10, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, que comprenden una nueva técnica desarrollada en Argonne para "cultivar" células solares. Imagen cortesía de Seth Darling (del Centro de Materiales a Nanoescala) y el Laboratorio Nacional Argonne.
(PhysOrg.com) - Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han perfeccionado una técnica para fabricar células solares mediante la creación de tubos de material semiconductor y luego "cultivando" polímeros directamente en su interior. El método tiene el potencial de ser significativamente más barato que el proceso utilizado para fabricar las células solares comerciales de hoy.
Debido a que los costos de producción de la generación actual de células solares les impiden competir económicamente con los combustibles fósiles, Los investigadores de Argonne están trabajando para volver a imaginar el diseño básico de la célula solar. La mayoría de las células solares actuales utilizan silicio cristalino o telururo de cadmio, pero cultivar un cristal de alta pureza requiere mucha energía y mano de obra, encareciendo las celdas.
La próxima generación, llamadas células solares híbridas, utiliza una mezcla de materiales orgánicos e inorgánicos más baratos. Para combinar estos materiales de manera efectiva, Los investigadores de Argonne crearon una nueva técnica para cultivar polímeros orgánicos directamente dentro de nanotubos inorgánicos.
En su nivel más básico, La tecnología de células solares se basa en una serie de procesos que se inician cuando los fotones, o partículas de luz, golpear material semiconductor. Cuando un fotón golpea la celda, excita un electrón fuera de su estado inicial, dejando atrás un "agujero" de carga positiva.
Las células solares híbridas contienen dos tipos separados de material semiconductor:uno conduce electrones, los otros agujeros. En la unión entre los dos semiconductores, el par electrón-agujero se separa, creando una corriente.
En el estudio, El nanocientífico de Argonne Seth Darling y sus colegas de Argonne y la Universidad de Chicago tuvieron que repensar la geometría de los dos materiales. Si los dos semiconductores se colocan demasiado separados, el par electrón-hueco morirá en tránsito. Sin embargo, si están demasiado cerca, los cargos separados no saldrán de la celda.
Al diseñar una alternativa, Los científicos emparejaron un polímero conjugado donante de electrones con el aceptor de electrones dióxido de titanio (TiO 2 ).
El dióxido de titanio forma fácilmente tubos minúsculos de solo decenas de nanómetros de diámetro:10, 000 veces más pequeño que un cabello humano. Filas de diminutos nanotubos uniformes brotan a través de una película de titanio que ha sido sumergida en un baño electroquímico.
El siguiente paso requirió que los investigadores llenaran los nanotubos con el polímero orgánico, un proceso frustrante.
Una imagen de microscopio electrónico de nanotubos de TiO2 cultivados electroquímicamente. 10, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano, los tubos están llenos de polímero orgánico en una nueva técnica desarrollada en Argonne para "cultivar" células solares con el potencial de ser más baratas que las células solares actuales. Imagen cortesía de Seth Darling (del Centro de Materiales a Nanoescala) y el Laboratorio Nacional Argonne.
"Llenar nanotubos con polímero es como intentar meter espaguetis húmedos en una mesa llena de pequeños agujeros, "Darling dijo." El polímero termina doblándose y retorciéndose, lo que conduce a ineficiencias porque atrapa bolsas de aire a medida que avanza y porque los polímeros retorcidos no conducen cargas tan bien.
"Además, a este polímero no le gusta el dióxido de titanio, "Darling agregó." Así que se aleja de la interfaz siempre que puede ".
Tratando de evitar este problema, el equipo tuvo la idea de cultivar el polímero directamente dentro de los tubos. Llenaron los tubos con un precursor de polímero, encendido luz ultravioleta, y dejar que los polímeros crezcan dentro de los tubos.
Crecido de esta manera el polímero no rehuye el TiO 2 . De hecho, las pruebas sugieren que los dos materiales se mezclan realmente a nivel molecular; juntos pueden capturar luz en longitudes de onda inaccesibles para cualquiera de los dos materiales por sí solos. Este método "de cosecha propia" es potencialmente mucho menos costoso que el proceso de uso intensivo de energía que produce los cristales de silicio que se utilizan en las células solares actuales.
Estos dispositivos superan drásticamente a los fabricados al llenar los nanotubos con polímero pre-cultivado, produciendo aproximadamente 10 veces más electricidad a partir de la luz solar absorbida. Las células solares producidas por esta técnica, sin embargo, Actualmente, no aprovechan tanta energía disponible de la luz solar como las células de silicio. Darling espera que nuevos experimentos mejoren la eficiencia de las células.
Más información: El papel, titulado "Células solares híbridas mejoradas mediante polimerización UV in situ", fue publicado en la revista Pequeña y está disponible en línea.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Argonne (noticias:web)
