(Phys.org) —Un avance emocionante en la tecnología de células solares desarrollado en la Universidad de Kansas ha producido las células fotovoltaicas más eficientes del mundo hechas de nanocarbonos, materiales que tienen el potencial de reducir drásticamente los costos de la tecnología fotovoltaica en el futuro.
"De hecho, rompimos el récord de eficiencia fotovoltaica totalmente en carbono, "dijo Shenqiang Ren, profesor asistente de química en KU, quien encabezó la investigación con colegas del Instituto de Tecnología de Massachusetts. "Células solares basadas en nanotubos de carbono, en el pasado, promedió menos del 1 por ciento en eficiencia. Aunque estos materiales muestran un potencial tan grande, hay tantos problemas. Pero nos dirigimos a ellos. Y ahora, nuestra eficiencia ha aumentado al 1,3 por ciento. No llega al nivel comercial de eficiencia, pero todavía estamos trabajando en ello tratando de optimizarlo, tratando de obtener una mayor eficiencia ".
Para ser comercialmente viable, Ren dijo que un panel fotovoltaico debe cruzar un umbral de eficiencia del 10 por ciento, lo que significa que debe convertir una décima parte de la energía de entrada de la luz solar en energía de salida de la célula solar. Los paneles fotovoltaicos de silicona disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia del 17 al 22 por ciento, pero tienen un precio muy alto.
El investigador de KU dijo que los paneles fotovoltaicos hechos de nanomaterial de carbono podrían hacer avanzar la tecnología solar porque están hechos de materiales baratos, materiales de carbono fáciles de conseguir y ambientalmente sostenibles, tienen una alta absorción óptica y una fotoestabilidad mucho mejor, lo que significa que su rendimiento no se degrada después de la exposición a la luz solar.
"En nuestra investigación, usamos buckyballs de carbono, nanotubos de carbono y un derivado del grafeno, ", dijo Ren." Los materiales de nanocarbono muestran una fotoestabilidad notable sin el embalaje tradicional requerido en las células solares orgánicas. De hecho, comparamos dos tipos de células solares en el laboratorio. Teníamos una celda solar orgánica estándar, y luego hicimos exactamente la misma celda solar totalmente de carbono. Luego, comparamos la fotodegradación sin ningún embalaje protector. Lo orgánico se degradó tan rápidamente que después de 100 horas la célula solar orgánica ya no funcionaba en absoluto, pero la celda solar totalmente de carbono funcionaba realmente bien ".
Si bien la tasa de eficiencia del 1,3 por ciento de las células fotovoltaicas de nanocarbono de Ren no alcanza a la tecnología solar disponible comercialmente en la actualidad, el límite teórico para las células fotovoltaicas totalmente de carbono es del 13 por ciento. Si Ren y sus colegas pueden lograr en el mundo real lo que teorizan es posible usando nanocarbono, la tecnología prosperaría en el mercado y podría tener un impacto más amplio en la tecnología más allá de la solar.
"Nuestro objetivo es hacer avanzar este desempeño, y mientras tanto queremos comprender mejor la dinámica del excitón y la transferencia de carga, ", dijo Ren." Este material de carbono es muy nuevo para la fotofísica, y una celda fotovoltaica es solo una de las aplicaciones emergentes del marco totalmente de carbono. Podría abrir una optoelectrónica de carbono completamente nueva. Por ejemplo, Podríamos usar este carbón para un fotodetector o un sensor. Una vez que abordemos estos problemas fundamentales, hay un campo completamente nuevo que se puede abrir con este descubrimiento ".
Kansas NSF EPSCoR, Departamento de Energía, el Centro de Catálisis Ambientalmente Beneficiosa y el Programa del Fondo de Investigación General de la Nueva Facultad de KU apoyaron la investigación del grupo Ren en KU. Adicionalmente, Ren le da crédito a "Sustaining the Planet, Impulsando la iniciativa del mundo con traerlo a la universidad.
Los hallazgos de Ren aparecen en la edición del 9 de octubre de ACS Nano.
