Los científicos desarrollan una célula solar de perovskita basada en plomo más segura

Los científicos desarrollan una célula solar de perovskita basada en plomo más segura.

Investigadores de la Universidad del Norte de Illinois y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) en Golden, Colorado, informan hoy (19 de febrero) en la revista Nature en un avance potencial en el desarrollo de células solares híbridas de perovskita.

Consideradas estrellas en ascenso en el campo de la energía solar, las células solares de perovskita convierten la luz en electricidad. Son potencialmente más baratos y más simples de producir que las células solares tradicionales basadas en silicio y, al menos en pequeña escala en entornos de laboratorio, han demostrado niveles de eficiencia comparables. Pero los desafíos clave permanecen antes de que puedan convertirse en una tecnología comercial competitiva.

Un desafío importante es el uso de plomo. La mayoría de las células solares híbridas de perovskita de alto rendimiento contienen plomo soluble en agua, lo que genera preocupación por la posible fuga de las células dañadas.

Dirigido por Tao Xu de NIU y Kai Zhu de NREL, un equipo de científicos ha desarrollado una técnica para retener el plomo utilizado para fabricar células solares de perovskita y minimizar posibles fugas tóxicas mediante la aplicación de películas absorbentes de plomo en la parte delantera y trasera de la célula solar. .

“El problema de la toxicidad del plomo ha sido uno de los desafíos más molestos y de última milla en el campo de las células solares de perovskita”, dijo Xu, profesor de química de la NIU. “Creemos que tenemos un remedio muy prometedor para este problema, y ​​podría ser un cambio de juego”.

“En el caso de una célula dañada, nuestro dispositivo captura la gran mayoría del plomo, evitando que se filtre en aguas subterráneas y suelos. Las películas que utilizamos son insolubles en agua”.

Bajo condiciones de daño severo de la célula solar en un laboratorio, las películas que absorben plomo retuvieron el 96% de la fuga de plomo, dijeron los científicos. Sus experimentos indican además que las capas de absorción de plomo no afectan negativamente el rendimiento celular o la estabilidad de la operación a largo plazo.

Las células solares de perovskita se llaman así porque usan una clase de estructuras cristalinas similares a las encontradas en el mineral conocido como perovskita. El compuesto estructurado con perovskita dentro de estas células solares es más comúnmente un material híbrido orgánico-inorgánico basado en haluro de plomo.

Los científicos comenzaron a estudiar estas estructuras cristalinas para su uso en células solares hace solo una década y han aumentado rápidamente su eficiencia de conversión de energía solar. Mientras que las células solares de silicio tradicionales se producen con procesos precisos que usan altas temperaturas, las perovskitas se pueden hacer con soluciones químicas a temperatura ambiente.

El “enfoque de secuestro en el dispositivo” recientemente desarrollado se puede incorporar fácilmente con las configuraciones actuales de células solares de perovskita, dijo Xu.

Se aplica una película transparente absorbente de plomo a un vidrio conductor en el frente de la célula solar. La película retenedora contiene fuertes grupos de ácido fosfónico de unión al plomo, pero no impide la captura de luz por las células. Se utiliza una película de polímero menos costosa mezclada con agentes quelantes de plomo en el electrodo metálico posterior, que no necesita transparencia.

“Los materiales están listos para usar, pero nunca se usaron para este propósito”, dijo Xu. “La luz debe ingresar a la celda para ser absorbida por la capa de perovskita, y la película frontal actúa como un agente antirreflectante, mejorando un poco la transparencia”.

Las pruebas para detectar fugas de plomo incluyeron martillar y romper el vidrio frontal de las celdas de 2.5 x 2.5 cm, y rascar la parte posterior de las celdas solares con una cuchilla de afeitar, antes de sumergirlas en agua. Las películas pueden absorber la gran mayoría del plomo en las células severamente dañadas debido al ingreso de agua.

“Vale la pena señalar que el enfoque demostrado de retención de plomo también es aplicable a otras tecnologías basadas en perovskita, como la iluminación de estado sólido, la visualización y las aplicaciones de sensores”, dijo Zhu, científico senior de NREL.

Fuente de la historia:

Material proporcionado por Universidad del norte de Illinois.

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