Los edificios del futuro pueden estar equipados con ventanas que puedan generar su propia electricidad, gracias al hallazgo de un equipo liderado por Jacqui Cole, un científico de materiales de la Universidad de Cambridge, REINO UNIDO, actualmente con sede en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).

Por primera vez, Cole y sus colegas determinaron la estructura molecular de los electrodos de células solares en funcionamiento dentro de un dispositivo completamente ensamblado que funciona como una ventana. El hallazgo, publicado en Nanoescala , ayuda a promover la tecnología de ventanas inteligentes que podría permitir que las ciudades se acerquen más al objetivo de ser energéticamente sostenibles.

Los experimentos se realizaron en células solares sensibilizadas con colorante, que son transparentes y, por lo tanto, adecuados para su uso en vidrio. Los intentos de crear tecnologías de ventanas inteligentes se han visto limitados por los muchos mecanismos moleculares desconocidos entre los electrodos y el electrolito que se combinan para determinar cómo funciona el dispositivo.

"La mayoría de los estudios anteriores han modelado la función molecular de estos electrodos de trabajo sin considerar los ingredientes del electrolito, ", Dijo Cole." Nuestro trabajo muestra que estos ingredientes químicos pueden influir claramente en el rendimiento de las células solares, por lo que ahora podemos utilizar este conocimiento para ajustar los iones para aumentar la eficiencia fotovoltaica ".

Para hacer el descubrimiento, Cole, becaria de diseño de la Comisión Real de 1851 en 2014, y sus colegas utilizaron la reflectometría de neutrones para probar la función y la interacción de los ingredientes de los electrolitos con los electrodos de las células solares sensibilizadas con colorante. Reflectometría de neutrones, similar a las técnicas de reflectometría de rayos X, permite a los científicos medir la estructura de películas delgadas con alta resolución. Pero fue el hecho de que las pruebas se realizaron en un sistema similar a una ventana lo que supuso un descubrimiento significativo.

"La investigación anterior consideró los electrodos de trabajo fuera del dispositivo, por lo que no ha habido una ruta para determinar cómo interactúan los diferentes componentes del dispositivo, ", Dijo Cole." Nuestro trabajo significa un gran avance, ya que es el primer ejemplo del mundo de aplicación de reflectometría de neutrones in situ a células solares sensibilizadas con colorante ".

Los esfuerzos previos para caracterizar la interfase colorante / dióxido de titanio en estas células solares se han limitado a determinar esta estructura interfacial dentro de un entorno expuesto al aire o en un medio disolvente. Debido a estas limitaciones, estos entornos de células solares son esencialmente artificiales con una relevancia limitada para aplicaciones de ventanas.

Con este descubrimiento, sin embargo, Cole y sus colegas han ido más allá de las limitaciones artificiales. Al hacerlo, pueden comprender mejor cómo un electrodo de película delgada que contiene dióxido de titanio, un compuesto natural que se encuentra en la pintura, protector solar y colorante alimentario, puede tener un gran impacto en la eficiencia de las células solares.

"Nuestro trabajo ha demostrado que ciertos ingredientes químicos, algunos de los cuales se han pasado por alto hasta ahora, puede influir claramente en el rendimiento fotovoltaico de estas células solares, "Dijo Cole.

Las células solares más eficientes como estas pueden acercar la tecnología de ventanas inteligentes al mercado, dijo Cole, agregando que la ciencia casi está ahí.

"Solo necesitamos un modesto aumento en el rendimiento para que estas células solares sean competitivas, "Cole dijo, "dado que la relación precio-rendimiento gobierna la economía de la industria de las células solares. Y la fabricación de células solares sensibilizadas con colorantes es muy barata en comparación con otras tecnologías de células solares".

En cuanto al rendimiento, las celdas rompieron recientemente un récord mundial con una eficiencia de conversión de energía del 14.3 por ciento utilizando un electrodo sensibilizado con colorante con dos colorantes orgánicos libres de metales co-sensibilizados. Estos tintes "prometen ser más baratos, rutas sintéticas más respetuosas con el medio ambiente y mayor flexibilidad de diseño molecular que sus homólogos que contienen metales, "según el periódico.

El descubrimiento se realizó con colegas de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear y el Laboratorio Rutherford Appleton, REINO UNIDO. Los investigadores continúan aplicando esta técnica de caracterización de materiales a las células solares sensibilizadas con colorante, que podría revelar más secretos moleculares y abrir el camino a futuras aplicaciones energéticas.