Una nueva investigación colaborativa puede crear aplicaciones de energía solar más accesibles y eficientes

Jan 16, 2024

¿Sabía que se espera que la energía solar represente más de la mitad de la nueva capacidad de generación de electricidad en 2023? A medida que avanzan las tecnologías y se realizan investigaciones en profundidad, la energía solar se vuelve más accesible en todas las aplicaciones.

En una nueva e innovadora investigación, el distinguido profesor Jinsong Huang del departamento de ciencias físicas aplicadas está avanzando a pasos agigantados para mejorar la eficiencia de la energía solar.

Las células solares de perovskita se han convertido recientemente en una de las vías más prometedoras en el futuro de la energía solar. Estas celdas únicas tienen una estructura llamada pin, que convierte la luz solar en electricidad utilizable al generar una corriente eléctrica. Sin embargo, los materiales que se utilizan para interactuar con la capa inferior de las celdas solares pueden reducir la eficiencia, la estabilidad y el rendimiento general de la celda solar.

Jinsong Huang (de pie); primer autor, Chengbin Fei (sentado)

Publicado en Science, la investigación de Huang y su equipo trabaja para remediar este problema. Como solución, el equipo agregó moléculas llamadas moléculas de quelación de plomo (LCM) en la capa de transporte de agujeros (HTL) que interactúan fuertemente con el plomo en las perovskitas. Según Huang, esta interacción mejoró el rendimiento de las células solares al aumentar la estabilidad y reducir los defectos. Curiosamente, agrega que las moléculas de quelación de plomo también se utilizan como medicamentos para tratar la toxicidad de la sangre, lo que demuestra un amplio beneficio en todas las disciplinas científicas.

Luego, el equipo trabajó para estabilizar la interfaz entre las capas HTL y perovskita. Establecer mejores conexiones en esta interfaz significa que es menos probable que las capas celulares tengan puntos débiles o defectos para que la celda solar pueda funcionar con más estabilidad. Es importante destacar que esta mejora permite que la celda solar funcione de manera más eficiente, convirtiendo más luz solar en electricidad utilizable.

Específicamente, el equipo fabricó "minimódulos" de perovskita para examinar la uniformidad de la modificación de la HTL. Los minimódulos con un área de apertura de 26,9 centímetros cuadrados tienen una eficiencia de conversión de energía del 21,8 % (estabilizada en 21,1 %) certificada por NREL. Esto corresponde a una eficiencia mínima de celda pequeña de 24,6 % (estabilizada en 24,1 %) en toda el área del módulo, lo que demuestra una uniformidad muy buena. Es importante destacar que el dispositivo pasó la prueba de humedad y calor, lo que demuestra su capacidad para soportar altas temperaturas y humedad. Las celdas de área pequeña y los minimódulos de área grande con LCM en el HTL tuvieron una estabilidad de absorción de luz de 3010 y 2130 horas, respectivamente, con una pérdida de eficiencia del 10 % del valor inicial bajo iluminación de 1 sol en condiciones de voltaje de circuito abierto.

La investigación de Huang puede tener un impacto importante en las aplicaciones de energía sostenible y renovable, ya que los científicos buscan continuamente abordar mejor las necesidades energéticas de nuestro mundo. Al comprender mejor cómo hacer que los módulos solares de perovskita sean más eficientes, estables y rentables, los científicos pueden aprovechar la energía solar para implementarla a una escala más amplia.