La búsqueda por aumentar la eficiencia de la energía solar

Curiosos avances para aumentar la eficiencia de la energía solar

El cabello humano es la última línea de investigación para aumentar la eficiencia de la energía solar. Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Queensland (QUT) han utilizado fragmentos de cabello humano para crear puntos de carbono. Estos materiales a base de carbono del tamaño de unas pocas decenas de nanómetros, constituyen la última esperanza para mejorar el rendimiento de las células solares de perovskita.

Las células solares fotovoltaicas continúan su avance imparable. La perovskita sigue siendo muy interesante en la búsqueda de mayor eficiencia para la energía solar. No obstante, aún se enfrentan a una serie de obstáculos clave para la viabilidad comercial. Por ejemplo, la falta de estabilidad y costos prohibitivos.

Un equipo de investigadores del Centro de Ciencia de Materiales de la universidad, han descubierto una forma de crear una especie de «armadura» de células de perovskita utilizando nanodots de carbono creados con cabello humano.

La idea surgió en parte de una investigación, que convirtió los restos de cabello en nanodots de carbono al descomponerlos y luego quemarlos a 240 ° C.

En ese estudio, los investigadores demostraron que los puntos de carbono podrían convertirse en pantallas flexibles. Entonces, pensaron que podrían usarse en futuros dispositivos inteligentes.

El equipo del profesor Wang descubrió que los materiales de carbono nanoestructurados podrían usarse para mejorar el rendimiento de una célula solar de perovskita.

Un nuevo estudio, publicado a fines de la semana pasada en el Journal of Materials Chemistry, el equipo de Wang, aplicó los nanodots de carbono derivados del cabello a células solares «por curiosidad».

Nanodots para aumentar la eficiencia en energía solar

El descubrimiento consiste en agregar una solución de puntos de carbono en el proceso de fabricación de las perovskitas. La idea consiste en formar una capa de perovskita en forma de onda. La singularidad está en los cristales de perovskita que estaban rodeados por los puntos de carbono.

Según el profesor Wang, se crea una especie de capa protectora, esdecir, una especie de armadura. Así se protege el material de perovskita de la humedad u otros factores ambientales. De esta forma, evitamos el daño en los materiales.

El estudio encontró que las células solares de perovskita cubiertas con puntos de carbono tenían una mayor eficiencia de conversión de energía. También, una mayor estabilidad que las células de perovskita sin los puntos de carbono.

El objetivo final del profesor Wang es hacer que la electricidad solar sea más barata, más fácil de acceder, más duradera. La consecuencia directa será hacer que los dispositivos fotovoltaicos sean livianos porque las células solares actuales son muy pesadas.

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Nanomateriales para aumentar la eficiencia de la energía solar

Los rayos solares son una fuente de energía abundante y limpia. Se está volviendo cada vez más importante a medida que el mundo trabaja para alejarse de las fuentes de energía que contribuyen al calentamiento global. Por eso, las investigaciones en este ámbito son continuas, y unas superan a las anteriores.

Los métodos actuales de recolección de cargas solares son costosos e ineficientes. Anteriormente, el límite de eficiencia teórica estaba en el 33 por ciento. Este fue el punto de partida hacia un camino hacia una recolección más eficiente y potencialmente asequible de la energía solar.

Fisión singlete para aumentar la eficiencia de la energía solar

Nanomateriales en energía solar

Los materiales, creados por científicos con la Iniciativa de Nanociencia de ASRC, utilizan un proceso llamado fisión singlete para producir y extender la vida útil de los electrones generados por la luz.

El objetivo de los investigadores es aumentar la eficiencia de la energía solar y reducir los costes de fabricación.

Este descubrimiento fue publicado en el Journal of Physical Chemistry. Las investigaciones iniciales mostraron que los materiales podrían crear más cargas útiles. El objetivo inicial consistía en aumentar la eficiencia teórica de las células solares hasta en un 44 por ciento.

“Modificamos algunas de las moléculas en los tintes industriales de uso común para crear materiales de autoensamblaje. Así facilitaremos un mayor rendimiento de los electrones extraíbles y que se extienda la vida útil de los electrones en el estado. Esto nos da más tiempo para recolectarlos en una célula solar”, dijo Andrew Levine, autor principal del artículo de investigación.

El proceso de autoensamblaje

En esta ilustración, DPP y las moléculas de colorante de rileno se unen para crear una superestructura autoensamblada. Los electrones dentro de la estructura absorben y se excitan con los fotones de luz, y luego se juntan con los electrones vecinos para compartir energía y crear electrones excitados adicionales que se pueden recolectar para crear células solares.

El proceso de autoensamblaje hace que las moléculas de colorante se apilen de una manera particular.

Este apilamiento permite que los colorantes que han absorbido los fotones solares se acoplen y compartan energía con, o “exciten”, los colorantes vecinos.

Los electrones en estos colorantes luego se desacoplan para que puedan ser recolectados como energía solar aprovechable.

Para desarrollar los materiales, los investigadores combinaron varias versiones de dos tintes industriales de uso frecuente: dicetopirrolopirrol (DPP) y rileno.

Esto dio lugar a la formación de seis superestructuras de autoensamblaje. Para estudiarlo se empleó microscopía electrónica y espectroscopia avanzada.

Esto permitió ver que cada combinación tenía diferencias sutiles en la geometría. Estos afectaban los estados excitados de los tintes, la aparición de fisión singlete y el rendimiento y la vida útil de los electrones extraíbles.

Las conclusiones del equipo investigador

El método sirve para combinar los tintes en materiales funcionales mediante el autoensamblaje. Esto permite ajustar cuidadosamente sus propiedades y aumentar la eficiencia del proceso crítico de recolección de luz.

La capacidad de los materiales para autoensamblarse también podría acortar el tiempo para crear células solares comercialmente viables. Este avance permite buscar métodos de fabricación más económicos. Las técnicas actuales se basan en el proceso de síntesis molecular que consume mucho tiempo.

Una línea de investigación consiste en diseñar una molécula de rileno que pueda aceptar el electrón de la molécula DPP después del proceso de fisión singlete. Si tiene éxito, estos materiales iniciarán el proceso de fisión singlete. Por lo tanto, facilitarán la transferencia de carga a una célula solar.

“Este trabajo nos proporciona una biblioteca de nanomateriales que podemos estudiar para cosechar energía solar”, dijo el profesor Adam Braunschweig, de los Departamentos de Química en Hunter College y The Graduate Center.

 

 

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