Las células solares de silicio, generalmente colocadas en tejados y distribuidas en huertos solares, son uno de los sistemas más eficientes para generar electricidad a partir de la luz solar. Pero su fabricación puede ser costosa y requerir mucha energía, además de ser pesada y voluminosa. Las alternativas ultradelgadas actuales están compuestas principalmente por elementos tóxicos como el plomo o el cadmio o contienen elementos escasos como el indio o el telurio.
Ahora, un equipo de investigadores del ICFO, el University College de Londres y el Imperial College de Londres ha ideado una novedosa técnica de ingeniería para células solares inorgánicas que consigue una eficiencia de conversión de energía sin precedentes.
Los investigadores han aumentado sustancialmente la eficiencia de un nuevo tipo de células solares basadas en nanocristales de AgBiS2. Está compuesto por elementos no tóxicos y abundantes en la tierra, producidos en condiciones ambientales a bajas temperaturas y con técnicas de procesamiento de soluciones de bajo coste.
Los nanocristales a base de bismuto pueden integrarse en células solares ultrafinas y han demostrado ser muy estables, evitando la degradación de la célula durante largos periodos de tiempo.
El equipo diseñó inteligentemente las capas de nanocristales en las células con un enfoque poco convencional llamado ingeniería de desorden catiónico. Mediante un proceso de recocido suave, pudieron ajustar las posiciones atómicas de los cationes dentro de la red para forzar un intercambio de cationes entre sitios y lograr una distribución homogénea de los mismos.
Los investigadores pudieron demostrar que este material semiconductor presenta un coeficiente de absorción entre 5 y 10 veces mayor que cualquier otro material usado actualmente en la tecnología fotovoltaica, utilizando diferentes temperaturas de recocido y logrando diversas distribuciones de cationes en la disposición cristalina. Esto es así incluso en un rango espectral que abarca desde el UV (400 nm) hasta el infrarrojo (1000 nm).
Mediante un complejo modelo informático, los investigadores de la UCL descubrieron que la distribución uniforme de los átomos de plata y bismuto en el material aumentaba la cantidad de luz que absorbían los nanocristales, lo que permitía generar más energía.
El equipo del ICFO fabricó una célula solar ultrafina procesada en solución depositando los nanocristales de AgBiS2, capa por capa, sobre ITO/vidrio. Registraron una eficiencia de conversión de energía de más del 9% para un dispositivo con un grosor total de no más de 100 nm, entre 10 y 50 veces más fino que las actuales tecnologías fotovoltaicas de capa fina, y 1000 veces más fino que el silicio fotovoltaico. Aunque esto no parezca enorme, la máxima eficiencia físicamente posible de una célula solar es del 30%, por lo que se trata de un resultado importante.
Los resultados muestran cómo nuestra investigación, que estudia la química y la física subyacentes de los materiales, puede contribuir al diseño de dispositivos de alto rendimiento y bajo coste, y apoyar una economía verde. Estas células solares en concreto han dado enormes saltos de eficiencia en menos de una década, pasando del 1-2% al 9%. Esto nos da la seguridad de que es posible introducir nuevas mejoras, y el objetivo es seguir mejorando la eficiencia, para que sea comparable a la de las células solares de silicio.
Seán Kavanagh, coautor del artículo.
Los investigadores afirman que este nivel de eficiencia podría hacer que la tecnología fuera comercialmente viable, pero se necesitan más mejoras para que sea tan eficiente como las células solares de silicio.
Los dispositivos de los que se informa en este estudio establecen un récord entre las células solares inorgánicas de baja temperatura y procesadas en solución, respetuosas con el medio ambiente, en términos de estabilidad, factor de forma y rendimiento. Estamos encantados con los resultados y seguiremos avanzando en esta línea de estudio para explotar sus intrigantes propiedades en la fotovoltaica, así como en otros dispositivos optoelectrónicos.
Gerasimos Konstantatos, profesor ICFO.
Más información: Cation disorder engineering yields AgBiS2 nanocrystals with enhanced optical absorption for efficient ultrathin solar cells | Nature Photonics
New efficiency record set for ultrathin solar cells – Inceptive Mind
Deja una respuesta