Perovskita: demostración de células solares abundantes, baratas e imprimibles, listas para generar energía

31 de mayo de 2023 por David Beynon

Los laboratorios de todo el mundo están compitiendo para hacerCélulas solares de perovskita imprimibles, producidas en abundancia y tan delgadas que pueden envolver casi cualquier cosa. . Es una gran ventaja sobre la típica celda de silicio que es relativamente grande y frágil. Y la perovskita es mucho menos costosa de producir.David Beynon en la Universidad de Swansea describe una investigación allí que ha demostrado cómo se puede cargar un rollo de película plástica en una imprenta para producir células solares de perovskita en funcionamiento listas para generar energía. Es un desafío de ingeniería porque la capa de perovskita necesita serentre 50 y 500 nanómetros de espesor . El equipo usó un"proceso de recubrimiento con matriz de ranura", una técnica industrial establecida utilizada originalmente para la producción de películas fotográficas. El10% de eficiencia de conversión de energíaes bueno, pero necesita aumentar al 17% para igualar el silicio comercial.Las formas de mejorar ese número ya son bien conocidas. , dice Beynon, basado en la química de perovskita de mayor rendimiento. Ella estabilidad de por vida de las células solares de perovskita también necesita extenderse , a través de una combinación de química, diseño de dispositivos, recubrimientos protectores y películas de barrera laminadas. Pero el desafío del proceso de impresión parece estar resuelto, allanando el camino para la ampliación. La investigación seria sobre las células solares de perovskita comenzó recientemente, en 2012, por lo que es otro ejemplo del ritmo de innovación en este sector vital.

Células solares de silicio son una tecnología establecida para la generación de electricidad a partir del sol. Pero ellosrequieren mucha energía para producir, son rígidos y pueden ser frágiles.

Sin embargo, una nueva clase de celda solar está igualando su rendimiento. Y lo que es más, ahora se puede imprimir con tintas especiales y envolver de forma flexible alrededor de superficies irregulares.

Hemos desarrollado la primera célula solar enrollable y totalmente imprimible del mundo hecha de perovskita., un material que esmucho menos costoso de producir que el silicio . Si también podemos mejorar su eficiencia, esto apunta a la posibilidad defabricar células solares más baratas a una escala mucho mayor que nunca.

Las células solares de silicio que son tan reconocibles para nosotros tienen una limitación importante. Si se hiciera lo suficiente para cubrir nuestras necesidades,podría quedarse sin los materiales para hacerlos para 2050 . Entonces, necesitamos algo nuevo y mucho. La celda solar de perovskita está emergiendo para llenar ese vacío.

Los paneles solares de silicio tradicionales son rígidos y frágiles / IMAGEN: AlyoshinE/Shutterstock

La perovskita es una estructura cristalina hecha con componentes inorgánicos y orgánicos,el nombre de Lev Perovski, un experto en minerales ruso de los siglos 17 y 18.

PAGLas células solares de erovskita aparecieron por primera vez en laboratorios de investigación en 2012y llamó la atención de los investigadores por dos factores: sucapacidad de convertir la luz solar en electricidad, y elpotencial para crearlos a partir de una combinación de tintas.

En laboratorios de investigación, utilizando métodos de producción altamente controlados en entornos donde el oxígeno y el agua se eliminan por completo,Las células solares de perovskita ahora pueden igualar la generación de electricidad de las células solares de silicio. . Este es un logro notable.

Pero las células solares de perovskita baratas que eliminan el silicio tienenaún no se ha fabricado a escala comercial . Entonces, ¿qué pasaría si estos materiales pudieran producirse usando los mismos tipos de procesos que usamos para imprimir empaques ordinarios?

Mis colegas y yo demostramos recientemente queun rollo de película de plástico se puede cargar en una prensa de impresión, y las células solares de perovskita en funcionamiento emergen en el otro extremo . Sin embargo, no es tan simple como verter tinta en la impresora de escritorio.

Por un lado, los científicos han descubierto que para lograr eficiencias récord,las capas de semiconductor y perovskita en esta nueva forma de celda solar deben ser extremadamente delgadas, entre 50 y 500 nanómetros(alrededor de 500 veces más pequeño que un cabello humano).

Además, las tintas utilizadas para imprimirlas requerían solventes altamente tóxicos. Pero, después de muchos años de esfuerzo,ahora hemos formulado tintas sin solventes tóxicosque son compatibles con elproceso de recubrimiento por ranura: una técnica industrial establecida que se usó originalmente para la producción de películas fotográficas.

El proceso de impresión y despliegue de células solares de perovskita / IMAGEN: Universidad de Swansea, proporcionada por el autor

La capa de perovskita impresa genera electrones libres a partir de la energía proporcionada por la luz que incide sobre ella. El semiconductor evita que la perovskita reabsorba estos electrones con unbuena eficiencia de conversión de energía(la relación entre la potencia óptica de entrada y la potencia eléctrica de salida).

Quedaba un problema: cómo extraer la carga eléctrica. En el pasado, esto se lograba calentando oro en el vacío hasta que se evaporaba y atrapando el vapor en la celda solar de perovskita para formar electrodos.

Tomamos un enfoque diferente,creando una tinta de carbono compatible tanto con el material de perovskita como con el proceso de recubrimiento con troquel ranurado . El resultado esgrandes volúmenes de células solares enrollables y flexibles que salen de la imprenta listas para generar energía.

Científicos de la Universidad de Swansea han sido pioneros en una celda solar imprimible y enrollable / IMAGEN: Universidad de Swansea, proporcionada por el autor

Las células solares de perovskita han demostrado un alto rendimiento en los laboratorios de investigación y ahora se ha demostrado que son capaces de dar el salto a la fabricación de alto volumen. Pero el trabajo aún no ha terminado.

La eficiencia de conversión de energía del 10 % lograda por estas celdas impresas enrollables es útil y superior a la de los primeros paneles de silicio comerciales. Perova a la zaga de la típica eficiencia de conversión del 17 % de los paneles solares domésticos que se utilizan actualmente.

Sabemos que hay más aumentos disponibles paraaprovechando la química de perovskita de mayor rendimiento.

Hay un desafío de ingeniería que superar para que los paneles solares de perovskita producidos comercialmente en gran volumen puedan igualar la generación de energía del silicio.También se requieren mejoras adicionales en la estabilidad de por vida de las células solares de perovskita.– a través de una combinación de química, diseño de dispositivos y otras estrategias, como recubrimientos protectores y películas de barrera laminadas.

En resumen, la investigación debe centrarse en convertir lo que sucede en los laboratorios en dispositivos del mundo real. Pero la posibilidad de producir cientos de miles de metros cuadrados de células solares flexibles de perovskita está ahora un paso más cerca.

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david beynones investigador senior en elCentro ESPECÍFICO de Innovación y Conocimiento, Universidad de Swansea

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original

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