Los investigadores del MIT han producido un nuevo tipo de célula fotovoltaica basada en láminas de grafeno flexible recubiertas con una capa de nanocables. El enfoque podría conducir a un bajo costo, células solares transparentes y flexibles que se pueden implementar en ventanas, techos u otras superficies.

El nuevo enfoque se detalla en un informe publicado en la revista Nano letras , en coautoría con los postdoctorados del MIT Hyesung Park y Sehoon Chang, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales Silvija Gradečak, y otros ocho investigadores del MIT.

Si bien la mayoría de las células solares actuales están hechas de silicio, estos siguen siendo costosos porque el silicio generalmente está altamente purificado y luego se convierte en cristales que se cortan en rodajas finas. Muchos investigadores están explorando alternativas, tales como células solares nanoestructuradas o híbridas; El óxido de indio y estaño (ITO) se utiliza como electrodo transparente en estas nuevas células solares.

"En la actualidad, ITO es el material de elección para electrodos transparentes, "Gradečak dice, como en las pantallas táctiles que ahora se utilizan en los teléfonos inteligentes. Pero el indio utilizado en ese compuesto es caro, mientras que el grafeno está hecho de carbono ubicuo.

El nuevo material, Gradečak dice:puede ser una alternativa a ITO. Además de su menor costo, proporciona otras ventajas, incluida la flexibilidad, bajo peso, Resistencia mecánica y robustez química.

La construcción de nanoestructuras semiconductoras directamente sobre una superficie de grafeno prístina sin afectar sus propiedades eléctricas y estructurales ha sido un desafío debido a la estructura estable e inerte del grafeno. Gradečak explica. Entonces, su equipo utilizó una serie de recubrimientos poliméricos para modificar sus propiedades, permitiéndoles unirle una capa de nanocables de óxido de zinc, y luego una superposición de un material que responde a las ondas de luz, ya sea puntos cuánticos de sulfuro de plomo o un tipo de polímero llamado P3HT.

A pesar de estas modificaciones, Gradečak dice:las propiedades innatas del grafeno permanecen intactas, proporcionando ventajas significativas en el material híbrido resultante.

"Hemos demostrado que los dispositivos basados ​​en grafeno tienen una eficiencia comparable a la de ITO, ", dice, en el caso de la superposición de puntos cuánticos, una eficiencia general de conversión de energía del 4.2 por ciento, menor que la eficiencia de las celdas de silicio de uso general, pero competitivo para aplicaciones especializadas. "Somos los primeros en demostrar las células solares de nanocables de grafeno sin sacrificar el rendimiento del dispositivo".

Además, a diferencia del crecimiento a alta temperatura de otros semiconductores, un proceso basado en solución para depositar nanocables de óxido de zinc en electrodos de grafeno se puede realizar completamente a temperaturas por debajo de 175 grados Celsius, dice Chang, un postdoctorado en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (DMSE) del MIT y autor principal del artículo. Las células solares de silicio se procesan típicamente a temperaturas significativamente más altas.

El proceso de fabricación es altamente escalable, agrega Park, el otro autor principal y postdoctorado en DMSE y en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del MIT. El grafeno se sintetiza a través de un proceso llamado deposición química de vapor y luego se recubre con las capas de polímero. "El tamaño no es un factor limitante, y el grafeno se puede transferir a varios sustratos de destino, como vidrio o plástico, "Dice Park.

Gradečak advierte que, si bien aún no se ha demostrado la escalabilidad de las células solares (ella y sus colegas solo han fabricado dispositivos de prueba de concepto de media pulgada de tamaño), no prevé ningún obstáculo para fabricar tamaños más grandes. "Creo que en un par de años podríamos ver dispositivos [comerciales]" basados ​​en esta tecnología, ella dice.

László Forró, profesor de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, En Suiza, que no estuvo asociado con esta investigación, dice que la idea de usar grafeno como un electrodo transparente "ya estaba en el aire, "pero en realidad no se había realizado.

"En mi opinión, este trabajo es un gran avance, "Dice Forró." Excelente trabajo en todos los aspectos ".

Advierte que "aún queda mucho camino por recorrer para entrar en aplicaciones reales, hay muchos problemas por resolver, "pero añade que" la calidad del equipo de investigación en torno a este proyecto ... garantiza el éxito ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.