Spray-on Solar Goes de dos pisos

Un equipo de investigación de la Universidad de Toronto ha creado la primera célula solar de dos capas formada por nanopartículas que absorben la luz llamadas puntos cuánticos. Los puntos cuánticos, que pueden ajustarse para absorber diferentes partes del espectro solar variando su tamaño, se han considerado una ruta prometedora hacia las células solares de bajo costo porque las partículas se pueden rociar sobre superficies de manera muy similar a la pintura. Pero las células basadas en esta tecnología han sido demasiado ineficientes para ser prácticas. Al descubrir una forma de combinar dos tipos diferentes de puntos cuánticos en una célula solar, los investigadores podrían abrir el camino para hacer que dichas células sean mucho más eficientes.

Puntos solares: Cada uno de estos 16 puntos es una célula solar formada por partículas nanoscópicas llamadas puntos cuánticos.

Las células solares convencionales están sintonizadas para convertir la luz de una sola longitud de onda en electricidad; el resto del espectro solar pasa a través o se convierte de manera ineficiente. Para aprovechar un mayor porcentaje de la energía de la luz solar, los fabricantes a veces apilan materiales diseñados para capturar diferentes partes del espectro. Una celda de dos capas, llamada celda de unión en tándem, puede alcanzar teóricamente una eficiencia del 42 por ciento, en comparación con una eficiencia teórica máxima del 31 por ciento para las celdas con una sola capa.



En la celda de los investigadores de Toronto, una capa de puntos cuánticos está ajustada para capturar la luz visible y la otra para capturar la luz infrarroja. Los investigadores también encontraron una forma de reducir la resistencia eléctrica entre las capas, un problema que puede limitar la potencia de salida de una celda de dos capas. Introdujeron una capa de transición, compuesta por cuatro películas de diferentes óxidos metálicos, que mantiene la resistencia agradable y baja, dice Ted Sargent, profesor de ingeniería eléctrica e informática que dirigió la investigación en la Universidad de Toronto. Los investigadores eligieron óxidos transparentes para esta capa, permitiendo que la luz los atraviese hasta la celda inferior.

El resultado, descrito esta semana en el diario Fotónica de la naturaleza, es una celda de unión en tándem que captura una amplia gama del espectro y tiene una eficiencia del 4,2 por ciento. Sargent dice que el enfoque se puede utilizar para hacer triple capa e incluso cuádruple capa, lo que podría ser incluso mejor. El objetivo del equipo es superar el 10 por ciento de eficiencia en cinco años y seguir mejorando a partir de ahí. Los paneles solares convencionales tienen una eficiencia de alrededor del 15 por ciento, pero las células de puntos cuánticos de menor eficiencia aún podrían tener una ventaja en términos de costos generales de energía solar si resultan ser mucho menos costosas de fabricar.

John Asbury, profesor de química en la Universidad Penn State, dice que al abrir la capacidad de hacer células multicapa a partir de puntos cuánticos, el equipo de la U de T ha aumentado la eficiencia teórica de la tecnología del 30 por ciento a casi el 50 por ciento. Pero acercarse a ese tipo de eficiencias requerirá mucho trabajo para eliminar los estados atrapados, lugares dentro del material de puntos cuánticos donde los electrones pueden atascarse. El problema con los puntos cuánticos es que los electrones tienen una alta probabilidad de no llegar a los electrodos donde se pueden recolectar, por lo que ha limitado su eficiencia, dice. Tener realmente un impacto significa desarrollar estrategias para controlar esos estados atrapados.

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