Una celda solar de polímero lista para probar; las conexiones metálicas nos permiten medir diferentes áreas de la película y medir la eficiencia del dispositivo entre otros parámetros. Crédito:Andrew Parnell
(PhysOrg.com) - Un avance científico en energía renovable que promete una revolución en la facilidad y el costo de usar células solares, ha sido anunciado hoy. Un nuevo estudio muestra que incluso cuando se utilizan métodos de fabricación muy simples y económicos, donde se depositan capas flexibles de material sobre grandes áreas como una película adhesiva, se pueden fabricar estructuras de células solares eficientes.
El estudio, publicado en la revista Materiales energéticos avanzados , allana el camino para nuevas técnicas de fabricación de células solares y la promesa de desarrollos en energía solar renovable. Científicos de las universidades de Sheffield y Cambridge utilizaron la fuente de neutrones ISIS y la fuente de luz de diamante en el laboratorio STFC Rutherford Appleton en Oxfordshire para llevar a cabo la investigación.
Las células solares de plástico (polímero) son mucho más baratas de producir que las células solares de silicio convencionales y tienen el potencial de producirse en grandes cantidades. El estudio demostró que cuando se esparcen sobre una superficie mezclas complejas de moléculas en solución, como barnizar un tablero de mesa, las diferentes moléculas se separan en la parte superior e inferior de la capa de una manera que maximiza la eficiencia de la célula solar resultante.
Target Station 2 de ISIS en STFC Rutherford Appleton Laboratory en Oxfordshire. Crédito:STFC
El Dr. Andrew Parnell de la Universidad de Sheffield dijo:"Nuestros resultados brindan información importante sobre cómo se pueden fabricar a gran escala paneles de energía solar ultrabaratos para uso doméstico e industrial. En lugar de utilizar métodos de fabricación complejos y costosos para crear una nanoestructura semiconductora específica, La impresión de alto volumen podría usarse para producir películas a nanoescala (60 nanómetros) de células solares que son mil veces más delgadas que el ancho de un cabello humano. Estas películas podrían usarse para hacer rentables, dispositivos de células solares de plástico ligeros y fácilmente transportables, como paneles solares ".
Dr. Robert Dalgliesh, uno de los científicos de ISIS involucrados en el trabajo, dijo, "Este trabajo ilustra claramente la importancia del uso combinado de fuentes de dispersión de neutrones y rayos X como ISIS y Diamond para resolver los desafíos modernos para la sociedad. El uso de rayos de neutrones en ISIS y los brillantes rayos X de Diamond, pudimos sondear la estructura interna y las propiedades de los materiales de las células solares de forma no destructiva. Al estudiar las capas de los materiales que convierten la luz solar en electricidad, estamos aprendiendo cómo los diferentes pasos de procesamiento cambian la eficiencia general y afectan el rendimiento general de las células solares de polímero ".
Esta imagen muestra cómo se dispersan los neutrones desde una de las capas de células solares. Modelar esta información nos ayuda a comprender la composición y la estructura dentro de la capa. La línea horizontal intensa es el reflejo en forma de espejo (reflectividad especular) de la célula solar. Los datos se tomaron en el instrumento Offspec en la estación objetivo 2 de ISIS. Crédito:STFC
"Durante los próximos cincuenta años, la sociedad necesitará satisfacer la creciente demanda energética de la población mundial sin utilizar combustibles fósiles, y la única fuente de energía renovable que puede hacer esto es el sol ", dijo el profesor Richard Jones de la Universidad de Sheffield. "En un par de horas, la suficiente energía de la luz solar cae sobre la Tierra para satisfacer las necesidades energéticas de la Tierra durante todo un año, pero necesitamos poder aprovechar esto en una escala mucho mayor de la que podemos hacer ahora. Células solares de polímero baratas y eficientes que pueden cubrir grandes áreas podrían ayudarnos a avanzar hacia una nueva era de energía renovable ".
Células solares
Los fotovoltaicos son dispositivos semiconductores que se utilizan para generar energía renovable de bajo costo, más comúnmente como paneles solares. Cuando la luz del sol incide en una célula fotovoltaica, se absorbe y su energía se convierte en corriente eléctrica. La mayoría de los dispositivos fotovoltaicos están fabricados con silicio; sin embargo, Los dispositivos también pueden estar hechos de plástico (dispositivos fotovoltaicos orgánicos).
Las películas de plástico se pueden depositar a partir de la solución a bajo costo, técnicas de impresión rollo a rollo que dan como resultado ahorros generales significativos en energía y costos. Aquí es donde la película se coloca en un rollo y pasa por una serie de procesos similares a la forma en que los periódicos se imprimen y se quitan de un rollo al final. Actualmente existen productos que utilizan este tipo de tecnología. Para aumentar aún más el uso, sin embargo, la tecnología debe ser más eficiente. Actualmente, las células solares de polímero tienen una eficiencia del 7-8%. El siguiente paso es desarrollar células que tengan una eficiencia del 10% o más para la viabilidad comercial.
Los materiales utilizados en la investigación que lleva a cabo la colaboración se denominan PCDTBT (poli [N-9′-heptadecanil-2, 7-carbazol-alt-5, 5- (4 ′, 7′-di- 2-tienil- 2 ′, 1 ′, 3′-benzotiadiazol):PCBM ([6, 6] - éster metílico del ácido fenil-C61-butírico), un material basado en el trabajo ganador del premio Nobel (Química 1996) del profesor Richard Smalley y el profesor Harry Kroto (entre otros) sobre la forma de carbono C60 Buckminsterfullereno o buckyball. Se utilizaron rayos X brillantes con instrumentos de Diamond Light Source para estudiar la cristalinidad del material; Se utilizaron neutrones en ISIS para examinar el perfil de composición del material.
