Físicos logran avances en nuevos materiales para aprovechar la energía solar

El material de eficiencia ultra alta llamado “célula solar de perovskita en tándem” se está desarrollando para ayudar a resolver la crisis energética mundial.

Los físicos están llevando el rendimiento de las células solares a niveles nunca antes alcanzados. Han logrado un avance significativo en la fórmula química y el proceso para crear un nuevo material. El material de eficiencia ultra alta llamado célula solar de perovskita en tándem se está desarrollando para ayudar a resolver la crisis energética mundial.

La forma más asequible y eficiente de aprovechar la fuente de energía renovable más limpia y más abundante del mundo es un paso más cerca de la realidad. Trabajando en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EEUU y la Universidad de Colorado, la Dra. Yanfa Yan, profesora de física de UToledo, visualiza el material de eficiencia ultra alta llamado célula solar de perovskita en tándem que estará listo para debutar en su totalidad. Paneles solares de tamaño en el mercado de consumo en un futuro próximo.

Los perovskitas, materiales compuestos con una estructura cristalina especial formada a través de la química, reemplazarán al silicio, que, por ahora, sigue siendo el material de células solares elegido para convertir la luz solar en energía eléctrica.

“Estamos produciendo células solares de mayor eficiencia y menor costo que muestran una gran promesa para ayudar a resolver la crisis energética mundial”, dijo Yan. “El trabajo significativo ayudará a proteger nuestro planeta para nuestros niños y las generaciones futuras. Tenemos un problema que consume la mayoría de las energías fósiles en este momento, y nuestro equipo de colaboración se centra en refinar nuestra forma innovadora de limpiar el desastre”.

El nuevo documento de investigación, que se publica en la revista Science, describe cómo el equipo de energía fotovoltaica está afinando una mezcla de plomo y estaño para hacer que la tecnología se acerque más a su máxima eficiencia. Los esfuerzos actualmente han llevado la eficiencia de la nueva célula solar a aproximadamente el 23 por ciento. En comparación, los paneles solares de silicio en el mercado hoy en día tienen una calificación de eficiencia de alrededor del 18 por ciento.

Los científicos utilizaron un compuesto químico llamado tiocianato de guanidinio para mejorar dramáticamente las propiedades estructurales y optoelectrónicas de las películas de perovskita mezcladas de plomo-estaño.

“Science es la revista académica más importante del mundo, junto con Nature, que publicó otra investigación realizada por el Dr. Yan hace solo cinco meses después de descubrir un solo material que produce luz blanca, lo que podría aumentar la eficiencia y el atractivo de las bombillas LED”, dijo el Dr. Sanjay Khare, profesor y presidente del Departamento de Física y Astronomía de UToledo, dijo. “Su importante trabajo de sostenibilidad en la Universidad de Toledo puede ayudar a impulsar el mundo utilizando energía limpia”.

Hace aproximadamente cinco años, el equipo de Yan en UToledo identificó las propiedades ideales de las perovskitas y desde entonces ha centrado sus 20 años de experiencia en la producción de una célula solar combinada de perovskita que reúne a dos células solares diferentes para aumentar la potencia eléctrica total generada al usar dos diferentes partes del espectro del sol.

El mes pasado, el Departamento de Energía de EE UU otorgó a Yan una donación de $ 1.1 millones para continuar su investigación en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

“Este es el material que hemos estado esperando durante mucho tiempo”, dijo Yan. “La industria solar está mirando y esperando. Algunos ya han comenzado a invertir en esta tecnología”.

Yan es una experta en teoría de la física de defectos y propiedades electrónicas en semiconductores, síntesis de materiales y fabricación de células solares de película delgada.

“Nuestra investigación en UToledo está en curso para fabricar células solares más baratas y eficientes que podrían rivalizar e incluso superar la tecnología fotovoltaica de silicio prevaleciente”, dijo el Dr. Zhaoning Song, profesor asistente de investigación en el Departamento de Física y Astronomía de UToledo y coautor de estudiar. “Nuestras células solares en tándem con dos capas de perovskites ofrecen una alta eficiencia de conversión de energía y tienen el potencial de reducir los costos de producción de los paneles solares, lo que es un avance importante en la energía fotovoltaica”.

Si bien el equipo de Yan ha mejorado la calidad de los materiales y el proceso para fabricarlos a un bajo costo, se necesita hacer más progreso.

“El costo del material es bajo y el costo de fabricación es bajo, pero la vida útil del material aún es una incógnita”, dijo Song. “Necesitamos continuar aumentando la eficiencia y la estabilidad”.

“Además, el plomo se considera una sustancia tóxica”, dijo Yan. “Estoy decidido a trabajar con la industria solar para garantizar que los paneles solares hechos de este material se puedan reciclar para que no causen daños al medio ambiente”.