Las células solares de nanopartículas hacen que la luz funcione: Nature News

Publicado en línea 3 de noviembre de 2011 El |

Naturaleza
 El | doi: 10.1038 / noticias.2011.628

Corregido en línea: 9 de noviembre de 2011

La energía fotovoltaica barata e imprimible finalmente podría cumplir con su promesa inicial.

Celda solar DSC¿Necesitas poder? Simplemente imprima una célula solar.Michael Grätzel / Ciencia / AAAS

Un tipo de célula solar descubierta por primera vez hace 20 años podría finalmente ser comercialmente viable gracias a las mejoras reportadas en Ciencias hoy1. Este diseño alternativo podría conducir a células baratas e imprimibles que impulsarían masivamente el uso mundial de la energía solar.

El electroquímico Michael Grätzel, del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana, ideó la célula de nanocristales (DSC) sensibilizada con colorante en 1991. Utiliza moléculas de colorante orgánico para absorber la luz solar, cuya energía luego lanza electrones sobre pequeñas nanopartículas de dióxido de titanio cerámico ( titania) en el que se asienta el tinte. Estos electrones son recolectados por electrodos para generar una corriente eléctrica.

La Titania es muy barata: en forma de grano más grande, es el pigmento de la pintura blanca. Y las células mismas deberían ser fáciles de producir en masa. Grätzel y otros han desarrollado métodos para ‘imprimir’ matrices de células solares de nanocristales en paneles de vidrio y láminas de metal.

Todo esto hace que los DSC parezcan una alternativa atractiva a las células fotovoltaicas convencionales, que generalmente están hechas de películas delgadas o obleas de silicio y son relativamente caras de producir.

Eficiencia de aumento

Los DSC han logrado previamente eficiencias de hasta 11%, un poco menos que las células fotovoltaicas de silicio comerciales, y ya se comercializan en pequeñas cantidades. La compañía G24 Innovations, con sede en Cardiff, Reino Unido, los vende en módulos flexibles montados en plástico, y varias otras compañías, particularmente en el este de Asia, los están comercializando en paneles de vidrio que pueden integrarse en los edificios.

Pero el uso de la tecnología ha sido restringido hasta ahora. Los tintes utilizados para captar la luz solar contienen átomos de rutenio, un metal costoso. Y debido a sus ineficiencias de conversión, los DSC también tienden a producir solo voltajes bajos (menos de 0.8 V).

Para completar el circuito eléctrico y reemplazar los electrones expulsados ​​del tinte, los DSC usan un compuesto químico para transportar electrones del segundo electrodo. Las células anteriores usan yodo disuelto, que recoge un electrón para formar iones de yoduro tri. Los iones se difunden a través del líquido entre los electrodos hasta que alcanzan las partículas de titania recubiertas con colorante.

Pero los iones yoduro de triyoduro no son una buena combinación para las energías de los electrones en las moléculas de tinte: desperdician energía transfiriendo sus electrones, lo que resulta en un bajo voltaje celular y, por lo tanto, baja potencia. El problema es que los portadores de electrones alternativos que se adaptan mejor para transferir electrones sufren el hecho de que los electrones pueden saltar sobre ellos desde los tintes, desperdiciando la energía solar absorbida.

Ahora Grätzel y sus colegas han encontrado buenas alternativas tanto para los costosos colorantes de rutenio como para los mediadores de yoduro limitantes de voltaje. “Es un documento muy bueno y un avance significativo”, dice Jenny Nelson, especialista en células solares de polímeros y nanocristales en el Imperial College de Londres.

Para los tintes, el equipo de Grätzel utiliza moléculas complejas de tres partes que consisten en un grupo que pierde electrones fácilmente, un grupo que los acepta fácilmente y una unidad puente que contiene un grupo absorbente de luz relacionado con el de la clorofila.

Para el mediador electrónico, los investigadores usan moléculas orgánicas unidas a átomos de cobalto, que pueden cambiar entre dos estados por la ganancia o pérdida de un electrón. Adaptaron el tinte al unir grupos químicos voluminosos que actúan como barreras, evitando el salto no deseado de electrones desde el mediador al tinte.

Los DSC resultantes han logrado voltajes récord (hasta 0,97 V) y eficiencias (hasta 12,3%). Si se puede aumentar la eficiencia hasta aproximadamente un 15%, los dispositivos deberían convertirse en competidores rentables para las células fotovoltaicas de silicio.

Problemas restantes

ANUNCIO

Anuncio

Sin embargo, hay otros problemas que resolver primero. En particular, el mediador de cobalto de Grätzel se disuelve en acetonitrilo, un disolvente altamente volátil que no es adecuado para su uso en dispositivos prácticos, según Gerrit Boschloo, experto en DSC de la Universidad de Uppsala en Suecia, quien informó por primera vez sobre mediadores de cobalto en 20102. Agrega que el mediador utilizado actualmente por el equipo de Lausana probablemente no sea lo suficientemente estable para su uso a largo plazo.

Grätzel dice que está trabajando en estas y otras mejoras, por ejemplo, adaptando los tintes para capturar más del componente rojo de la luz solar y probando nuevos mediadores de cobalto que aumentan aún más el voltaje.

Este artículo decía originalmente que las DSC habían logrado en el pasado una eficiencia ligeramente mayor que la fotovoltaica convencional. En realidad, lograron eficiencias ligeramente más bajas. El texto ha sido modificado para reflejar esto.

  • Referencias

    1. Yella, A. et al. Ciencias 334, 629-634 (2011) El | Artículo El | ChemPort El |
    2. Feldt, S. M. et al. Revista de la American Chemical Society 13216714-16724 (2010) El | Artículo El | PubMed El | ISI El | ChemPort El |

Related Stories

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí