Un nuevo estudio de St. Mary's College of Maryland nos acerca a la tecnología de células solares en aerosol de bricolaje:células solares prometedoras de tercera generación que utilizan una deposición de tinta de nanocristales que podría hacer que los costosos paneles solares tradicionales basados ​​en silicio sean una cosa. del pasado.

En un estudio de 2014, publicado en la revista Física Química Física Química , El profesor Troy Townsend, experto en energía de St. Mary's College of Maryland, presentó la primera tecnología fotovoltaica totalmente inorgánica totalmente procesada en solución.

Si bien el progreso en la energía fotovoltaica de película delgada orgánica está creciendo rápidamente, Los dispositivos inorgánicos aún mantienen el récord de mayor eficiencia, lo que se debe en parte a su amplia absorción espectral y sus excelentes propiedades electrónicas. Teniendo en cuenta las mayores eficiencias registradas y el menor costo por vatio en comparación con los dispositivos orgánicos, combinado con la estabilidad térmica y fotográfica mejorada de los materiales inorgánicos a granel, Townsend, en su estudio de 2014, se centró en una estructura de base totalmente inorgánica para la fabricación de una célula solar totalmente basada en soluciones de arriba a abajo.

Una gran desventaja en comparación con los orgánicos, sin embargo, es que los materiales inorgánicos son difíciles de depositar desde la solución. Para superar esto, Townsend sintetizó materiales a nanoescala. Los nanocristales inorgánicos encerrados en una capa de ligando orgánico son solubles en solventes orgánicos y pueden depositarse a partir de una solución (es decir, girar-, aderezo-, spray-coat) mientras que los materiales inorgánicos tradicionales requieren una cámara de vacío de alta temperatura. Los dispositivos solares están fabricados a partir de tintas de partículas a nanoescala de las capas absorbentes de luz, telururo de cadmio / seleniuro de cadmio, y tintas metálicas arriba y abajo. De esta manera, todo el dispositivo electrónico se puede construir sobre sustratos de vidrio no conductor utilizando equipos que puede encontrar en su cocina.

El desafío sobresaliente al que se enfrentan los nanocristales inorgánicos (3-5 nm) es que deben recocerse o calentarse para formar granos de mayor 'escala a granel' (100 nm a 1 μm) con el fin de producir dispositivos de trabajo. Townsend se asoció recientemente con investigadores de la Marina para explorar este proceso.

"Cuando rocías estos nanocristales, hay que calentarlos para que funcionen, "explicó Townsend, "pero no puedes calentar los cristales por sí mismos, hay que añadir un agente de sinterización y eso, durante los últimos 40 años, ha sido cloruro de cadmio, una sal tóxica utilizada en dispositivos comerciales de película fina. Nadie ha probado alternativas no tóxicas para dispositivos de tinta a nanoescala, y queríamos explorar el mecanismo del proceso de sinterización para poder implementar sales más seguras ".

En su último estudio, publicado este año en el Revista de Química de Materiales A , Townsend, junto con investigadores de la Marina, encontró que el cloruro de amonio no es tóxico, alternativa viable y económica al cloruro de cadmio para las células solares de nanocristales. Este descubrimiento se produjo después de probar varias sales diferentes. Los dispositivos fabricados con cloruro de amonio (que se usa comúnmente en la fabricación de pan) tenían características de dispositivo comparables a las fabricadas con cloruro de cadmio. y el alejamiento de los tratamientos con sales de cadmio alivia las preocupaciones sobre la salud ambiental y la seguridad de los métodos de procesamiento actuales.

El equipo también descubrió que el papel del tratamiento con sal implica reacciones de eliminación de ligandos cruciales. Esto es exclusivo de los nanocristales inorgánicos y no se observa en los métodos de deposición al vacío a gran escala. "Se ha realizado un gran trabajo sobre el intercambio de ligandos de nanocristales, pero, por primera vez, aclaramos el papel dual de la sal como un agente de intercambio de ligando y un agente de sinterización simultánea. Esta es una distinción importante para estos dispositivos, porque los nanocristales se sintetizan típicamente con una capa de ligando orgánico nativo. Esta carcasa debe retirarse antes de calentar para mejorar las propiedades electrónicas de la película. ", dijo Townsend sobre el descubrimiento. Debido a que los nanomateriales están a la vanguardia de las nuevas propiedades emergentes en comparación con su contraparte a granel, el estudio es importante para el futuro de la fabricación de dispositivos electrónicos.

La investigación se produce a raíz del anuncio de la administración de Obama en julio de instalar más paneles solares en viviendas de bajos ingresos y ampliar el acceso a la energía solar para los inquilinos. y el compromiso reciente de obtener el 20 por ciento de la electricidad total de EE. UU. de fuentes renovables para el año 2030.

"Ahora, la tecnología solar es algo inalcanzable para la persona promedio, ", dijo Townsend." El sueño es hacer que el proceso de ensamblaje e instalación sea tan barato y simple que pueda ir a su tienda local de mejoras para el hogar y comprar un kit y luego rociarlo en su propio techo. Es por eso que estamos trabajando en células solares en aerosol ".

Townsend planea realizar más investigaciones para aumentar la eficiencia de las células solares de nanocristales totalmente inorgánicos (que actualmente alcanzan el cinco por ciento), mientras los construye con componentes completamente no tóxicos.