(Phys.org) —Científicos de la Universidad de Stanford han construido la primera celda solar hecha completamente de carbono, una alternativa prometedora a los costosos materiales utilizados en los dispositivos fotovoltaicos en la actualidad.

Los resultados aparecen en la edición en línea del 31 de octubre de la revista. ACS Nano .

"El carbono tiene el potencial de ofrecer un alto rendimiento a bajo costo, "dijo el autor principal del estudio, Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en Stanford. "A lo mejor de nuestro conocimiento, esta es la primera demostración de una celda solar en funcionamiento que tiene todos los componentes hechos de carbono. Este estudio se basa en trabajos anteriores realizados en nuestro laboratorio ".

A diferencia de los paneles solares de silicio rígido que adornan muchos tejados, El prototipo de película delgada de Stanford está hecho de materiales de carbono que se pueden recubrir a partir de una solución. "Quizás en el futuro podamos buscar mercados alternativos en los que se recubren células solares de carbono flexibles en la superficie de los edificios, en las ventanas o en los coches para generar electricidad, "Dijo Bao.

La técnica de recubrimiento también tiene el potencial de reducir los costos de fabricación, dijo el estudiante graduado de Stanford Michael Vosgueritchian, coautor principal del estudio con el investigador postdoctoral Marc Ramuz.

"El procesamiento de células solares basadas en silicio requiere muchos pasos, ", Explicó Vosgueritchian." Pero todo nuestro dispositivo se puede construir utilizando métodos de recubrimiento simples que no requieren herramientas y máquinas costosas ".

Nanomateriales de carbono

La célula solar experimental del grupo Bao consta de una capa fotoactiva, que absorbe la luz del sol, intercalado entre dos electrodos. En una celda solar típica de película delgada, los electrodos están hechos de metales conductores y óxido de indio y estaño (ITO). "Los materiales como el indio son escasos y cada vez más caros a medida que la demanda de células solares, crecen los paneles de pantalla táctil y otros dispositivos electrónicos, "Bao dijo." Carbon, por otra parte, es de bajo costo y abundante en la Tierra ".

Para el estudio, Bao y sus colegas reemplazaron la plata y el ITO utilizados en los electrodos convencionales con grafeno (láminas de carbono que tienen un átomo de espesor) y nanotubos de carbono de pared simple que tienen 10, 000 veces más estrecho que un cabello humano. "Los nanotubos de carbono tienen una conductividad eléctrica extraordinaria y propiedades de absorción de la luz, "Dijo Bao.

Para la capa activa, Los científicos utilizaron material hecho de nanotubos de carbono y "buckyballs", moléculas de carbono con forma de balón de fútbol de solo un nanómetro de diámetro. El equipo de investigación presentó recientemente una patente para todo el dispositivo.

"Cada componente de nuestra célula solar, de arriba a abajo, está hecho de materiales de carbono, ", Dijo Vosgueritchian." Otros grupos han informado que fabrican células solares totalmente de carbono, pero se referían solo a la capa activa en el medio, no los electrodos ".

Un inconveniente del prototipo íntegramente de carbono es que absorbe principalmente longitudes de onda de luz del infrarrojo cercano, contribuyendo a una eficiencia de laboratorio de menos del 1 por ciento, mucho más bajo que las células solares disponibles comercialmente. "Claramente tenemos un largo camino por recorrer en eficiencia, ", Dijo Bao." Pero con mejores materiales y mejores técnicas de procesamiento, esperamos que la eficiencia aumente de manera espectacular ".

Mejorando la eficiencia

El equipo de Stanford está buscando una variedad de formas de mejorar la eficiencia. "La aspereza puede provocar un cortocircuito en el dispositivo y dificultar la recogida de corriente, ", Dijo Bao." Tenemos que descubrir cómo hacer que cada capa sea muy suave apilando los nanomateriales realmente bien ".

Los investigadores también están experimentando con nanomateriales de carbono que pueden absorber más luz en un rango más amplio de longitudes de onda. incluido el espectro visible.

"Los materiales hechos de carbono son muy robustos, ", Dijo Bao." Se mantienen estables en temperaturas del aire de casi 1, 100 grados Fahrenheit ".

La capacidad de las células solares de carbono para superar a los dispositivos convencionales en condiciones extremas podría superar la necesidad de una mayor eficiencia. según Vosgueritchian. "Creemos que las células solares totalmente de carbono podrían utilizarse en entornos extremos, como a altas temperaturas o con alto estrés físico, ", dijo." Pero obviamente queremos la mayor eficiencia posible y estamos trabajando en formas de mejorar nuestro dispositivo ".

"La energía fotovoltaica definitivamente será una fuente de energía muy importante que aprovecharemos en el futuro, ", Dijo Bao." Tenemos mucha luz solar disponible. Tenemos que encontrar una forma de utilizar este recurso natural que se nos ha dado ".