Los nuevos dispositivos de células solares, más baratos y fáciles de fabricar, podrían llegar pronto al mercado gracias a los materiales fabricados en el Imperial College de Londres.
Las células solares tradicionales se fabrican con silicio, que tiene una buena eficiencia y estabilidad, pero es relativamente caro de fabricar y sólo puede hacerse en paneles rígidos.
Las células solares de perovskita ofrecen una alternativa interesante: pueden imprimirse a partir de tintas, lo que las hace poco costosas, de gran eficiencia, delgadas, ligeras y flexibles. Sin embargo, han quedado por detrás de las células solares de silicio en cuanto a eficiencia y, sobre todo, en cuanto a estabilidad, ya que se rompen en condiciones ambientales normales.
Los nuevos materiales que contienen metales, llamados ferrocenos, podrían ayudar a resolver estos problemas.
Investigadores de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) han añadido ferrocenos de fabricación imperial a las células solares de perovskita, mejorando enormemente su eficiencia y estabilidad.
Las células de silicio son eficientes pero caras, y necesitamos urgentemente nuevos dispositivos de energía solar para acelerar la transición a las energías renovables. Las células de perovskita, estables y eficientes, podrían permitir, en última instancia, el uso de la energía solar en más aplicaciones, desde la alimentación del mundo en desarrollo hasta la carga de una nueva generación de dispositivos portátiles.
Nuestra colaboración con los colegas de Hong Kong fue una hermosa casualidad, que surgió después de que diera una charla sobre nuevos compuestos de ferroceno y conociera al Dr. Zonglong Zhu de la CityU, que me pidió que le enviara algunas muestras. Al cabo de unos meses, el equipo de la CityU nos dijo que los resultados eran apasionantes y nos pidió que enviáramos más muestras, iniciando un programa de investigación que ha dado lugar a dispositivos de perovskita más eficientes y estables.
Nicholas Long, Departamento de Química del Imperial.
El poder de los ferrocenos.
La perovskita forma la capa «captadora de luz» de los dispositivos de células solares. Sin embargo, estos dispositivos han sido menos eficientes a la hora de convertir la energía solar en electricidad que las células solares basadas en el silicio, principalmente porque los electrones son menos «móviles», es decir, son menos capaces de pasar de la capa de recolección a las capas de conversión de electricidad.
Los ferrocenos son compuestos cuyo centro es el hierro, rodeado de anillos de carbono. La estructura única del ferroceno fue reconocida por primera vez por el profesor Geoffrey Wilkinson, ganador del Premio Nobel del Imperial, en 1952, y los ferrocenos siguen siendo investigados en todo el mundo por sus propiedades únicas.
Una de las propiedades que les confiere su estructura es una excelente riqueza electrónica, que en este caso permite que los electrones se desplacen más fácilmente de la capa de perovskita a las siguientes, mejorando la eficiencia de la conversión de la energía solar en electricidad.
Las pruebas realizadas por el equipo de la CityU y en laboratorios comerciales muestran que la eficiencia de los dispositivos de perovskita con una capa de ferroceno añadida puede alcanzar el 25%, acercándose a la eficiencia de las células de silicio tradicionales.
Dos pájaros de un tiro.
Pero éste no es el único problema que resuelven los materiales a base de ferroceno.
El equipo del Imperial ha estado experimentando con la fijación de diferentes grupos químicos a los anillos de carbono del ferroceno, y tras enviar al equipo de Hong Kong varias versiones de éstos, realizadas por la estudiante de doctorado Stephanie Sheppard, los colaboradores descubrieron una versión que mejora notablemente la fijación de las capas de perovskita al resto del dispositivo.
Este poder de fijación añadido mejoró la estabilidad de los dispositivos, lo que significa que mantuvieron más del 98% de su eficiencia inicial tras funcionar continuamente a máxima potencia durante 1.500 horas. La eficiencia y la estabilidad obtenidas gracias a la adición de una capa de ferroceno acercan estos dispositivos de perovskita a los estándares internacionales actuales de las células de silicio tradicionales.
Somos el primer equipo que consigue elevar la célula solar de perovskita invertida a una eficiencia récord del 25% y superar la prueba de estabilidad establecida por la Comisión Electrotécnica Internacional.
Dr. Zonglong Zhu, investigador principal.
El equipo ha patentado su diseño y espera obtener una licencia para poder comercializar sus dispositivos de perovskita. Mientras tanto, están experimentando con diferentes diseños de ferroceno para mejorar aún más el rendimiento y la estabilidad de los dispositivos.
Más información: www.science.org (texto en inglés).
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