Las nanopartículas de dióxido de titanio están recubiertas con CdS o CdSe. Las nanopartículas compuestas, cuando se mezcla con un solvente, Forme una pasta que se pueda aplicar como pintura de un solo paso. Crédito de la imagen:Mathew P. Genovese, et al. © 2011 Sociedad Química Estadounidense
(PhysOrg.com) - Por lo general, se necesitan uno o dos días para preparar las células solares de puntos cuánticos en la arquitectura multifilm convencional. Ahora, un equipo de investigadores está reduciendo el tiempo de preparación de las células solares de punto cuántico a menos de una hora al cambiar la forma a una pintura solar de punto cuántico de una sola capa. Aunque la forma de pintura es actualmente aproximadamente cinco veces menos eficiente que la eficiencia más alta registrada para la forma de múltiples películas, los investigadores predicen que se puede mejorar la eficiencia, lo que podría conducir a una forma sencilla y económicamente viable de preparar células solares.
Los investigadores, Mathew P. Genovese de la Universidad de Waterloo en Canadá, con Ian V. Lightcap y Prashant V. Kamat del Laboratorio de Radiación y el Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Notre Dame en Indiana, publicará su estudio en una próxima edición de ACS Nano .
La nueva pintura solar, que los investigadores llaman con humor "Pintura solar creíble al sol, ”Consiste en una pasta amarilla o marrón hecha de puntos cuánticos. El pequeño tamaño de estos diminutos nanocristales semiconductores hace posible capturar casi toda la luz solar visible incidente con una capa extremadamente fina de puntos. Los investigadores experimentaron con tres tipos de puntos cuánticos:CdS, CdSe, y TiO 2 , todos los cuales son en forma de polvo, con agua y terc-butanol como disolvente. Como explicó Kamat, todas las pinturas comerciales son TiO 2 suspensiones a base de nanopartículas. Pero en lugar de agregar tinte para darle a la pintura el color deseado, aquí, los investigadores agregaron nanocristales semiconductores de colores a la pintura solar para lograr las propiedades ópticas y electrónicas deseadas.
“Los puntos cuánticos son nanocristales semiconductores que exhiben propiedades ópticas y electrónicas dependientes del tamaño, "Kamat dijo PhysOrg.com . “En una célula solar sensibilizada con puntos cuánticos, la excitación del punto cuántico semiconductor o nanocristal semiconductor es seguida por la inyección de electrones en TiO 2 nanopartículas. Estos electrones luego se transfieren a la superficie del electrodo colector para generar fotocorriente. Los agujeros que quedan en el punto cuántico del semiconductor son eliminados por un conductor de agujeros o par redox y son transportados a un contraelectrodo ".
Como explica Kamat, la pintura solar tiene ventajas en simplicidad, ciencias económicas, y estabilidad en comparación con las arquitecturas de células solares multifilm. Si bien la preparación de una película de puntos cuánticos como célula solar generalmente requiere varios pasos que requieren mucho tiempo, Las células solares en forma de pintura se pueden simplemente cepillar sobre una superficie en un solo paso.
Aplicación de pintura solar a un electrodo ópticamente transparente. Crédito de la imagen:Mathew P. Genovese, et al. © 2011 Sociedad Química Estadounidense
“Si podemos optimizar la preparación de la pintura, Cualquiera debería poder abrir una botella (o una lata a largo plazo) y aplicarla a una superficie conductora, " él dijo. “Esto reducirá la variabilidad entre un laboratorio y otro o de persona a persona a medida que uno se encuentra en un proceso de varios pasos. Tener menos pasos de fabricación y condiciones ambientales de preparación debería proporcionar una tecnología transformadora económicamente viable ".
Los investigadores experimentaron con varias combinaciones y proporciones diferentes de los puntos cuánticos para hacer diferentes mezclas de pintura. Descubrieron que un compuesto de CdS / TiO mixto 2 y CdSe / TiO 2 las nanopartículas logran el mejor rendimiento, particularmente cuando el CdS y CdSe se depositan directamente en el TiO 2 nanopartículas como revestimiento. Cuando se aplica sobre un electrodo de vidrio, la pintura tiene una eficiencia de conversión de energía total superior al 1%. Aunque algunas células solares de puntos cuánticos multifilm tienen eficiencias superiores al 5%, los investigadores piensan que el uso de diferentes puntos cuánticos y una mayor optimización podría aumentar significativamente la eficiencia de la pintura.
“Control cuidadoso del tamaño de las partículas y mejor transporte de electrones a través del TiO 2 la red debe permitirnos maximizar la eficiencia, —Dijo Kamat. “También ampliaremos el rango de absorción a infrarrojos cercanos mediante el uso de semiconductores como PbS y PbSe. Nuestro objetivo a corto plazo es lograr eficiencias superiores al 5%, comparable con otras células solares semiconductoras basadas en nanocristales ".
La nueva pintura solar es el primer paso hacia el desarrollo de una tecnología solar que podría tener aplicaciones de amplio alcance. Algunos usos podrían incluir pintar dispositivos electrónicos como teléfonos celulares y computadoras, además de azoteas, ventanas y coches. Se podrían utilizar aplicaciones a gran escala para construir granjas solares en los desiertos.
“El objetivo es preparar una pintura solar que tenga una larga vida útil, —Dijo Kamat. “En nuestros laboratorios hemos probado el rendimiento durante unos días a una semana, y lo encontramos estable siempre que esté almacenado en la oscuridad. Se están realizando pruebas adicionales para investigar la estabilidad a largo plazo de pinturas con diferentes composiciones ".
Para desarrollar un producto comercial, los investigadores todavía tienen que trabajar en otros dos componentes de la pintura de las células solares.
“La pintura solar desarrollada en este estudio es solo un componente de la célula solar, —Dijo Kamat. “Los otros dos componentes que necesitan un mayor desarrollo son una capa conductora de orificios y una red de contraelectrodos. Continuaremos con el tema de la simplicidad y versatilidad para desarrollar estos otros dos pasos restantes. El presente estudio es el primer paso en el desarrollo de una tecnología transformadora para las células solares ”.
Copyright 2011 PhysOrg.com.
Reservados todos los derechos. Este material puede no ser publicado, transmisión, reescrito o redistribuido total o parcialmente sin el permiso expreso por escrito de PhysOrg.com.
