En los últimos años, la perovskita ha demostrado ser un material prometedor para las células solares fotovoltaicas, pero no está exenta de problemas. Ahora, un equipo de la Universidad Brown y la Universidad de Nebraska-Lincoln (UNL) ha encontrado una forma de ayudar a resolver al menos uno de esos problemas, eliminando el plomo tóxico del dispositivo mediante la sustitución con titanio.
La perovskita está ocupando su privilegiado lugar en el sector de las células solares gracias a que es más barata de fabricar, más duradera y más flexible que el silicio. Originalmente, la principal desventaja del material era su ineficacia para convertir la luz solar en electricidad, pero eso ha mejorado a lo largo de los años, desde menos del 4% en 2009 hasta diseños de varias capas con un 26% de eficiencia a fines de 2016.
Pero la eficiencia no es la única área con margen de mejora. Para que sea seguro para uso comercial, las células solares de perovskita deben eliminar el contenido de plomo que contienen la mayoría de ellas.
"Uno de los grandes avances en la investigación de la perovskita es alejarse de los materiales a base de plomo y encontrar nuevos materiales que sean no tóxicos y más estables", dice Nitin Padture, autor principal del estudio, "utilizando simulaciones por ordenador, nuestros colaboradores científicos de la UNL predijeron que una clase de perovskitas con cesio, titanio y un componente halógeno (bromo y/o yodo) era un buen candidato. El siguiente paso fue fabricar una célula solar utilizando ese material y probar sus propiedades, y eso es lo que hemos hecho aquí".
En lugar de reemplazar el silicio inmediatamente, es probable que la transición sea más suave si la perovskita se une con el silicio en una célula solar en tándem. En estos diseños, una capa de perovskita se encuentra en la parte superior de una capa de silicio, y los dos trabajan juntos para convertir más fotones en electricidad que cualquiera de los dos solos. Esto se debe a que la perovskita es semitransparente, lo que permite que algunos fotones pasen a la capa de silicio de debajo.
"Las células tándem son la fruta más común en lo que respecta a las perovskitas", dice Padture, "no estamos buscando reemplazar la tecnología de silicio existente todavía, sino que estamos buscando impulsarla. Por lo tanto, si puedes hacer que una célula tándem sin plomo sea estable, entonces has conseguido un ganador y este nuevo material se ve como el mejor candidato para lograrlo".
En su nuevo diseño en tándem, los investigadores fabricaron películas de perovskita de titanio con un ancho de banda relativamente grande de 1.8 electrón voltios. Eso significa que el material puede absorber fotones de mayor energía de la luz solar, permitiendo que los fotones de energía más baja se filtren a la capa de silicio y sean absorbidos allí.
Esta no es la primera vez que los investigadores buscan una alternativa principal, pero en este caso, el equipo dice que su diseño es más resistente a la oxidación y puede proporcionar un voltaje total más alto que otros materiales que se exploran.
Actualmente, la célula de perovskita de titanio solo tiene una eficiencia del 3,3%, que es mucho más baja que el silicio o incluso otros diseños de perovskita. Pero los investigadores dicen que esta no es una mala cifra para un primer intento con un nuevo material, y hay mucho más que se puede hacer para mejorarlo.
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