Los científicos descubrieron que el uso de la capa de semillas de cromo les permitió desarrollar una película dorada extremadamente delgada que actúa como un electrodo transparente con buena conductividad para las células solares de perovskita. Crédito: Pensilvania
Un equipo internacional de científicos dijo que el desarrollo de nuevos electrodos de metal ultradelgados permitió a los investigadores crear células solares de perovskita semitransparentes altamente eficientes que podrían combinarse con células de silicio convencionales para mejorar en gran medida el rendimiento de ambos dispositivos. La investigación representa un paso hacia el desarrollo de células solares totalmente transparentes.
«Las células solares transparentes algún día podrían encontrar un lugar en las ventanas de los hogares y edificios de oficinas para generar electricidad a partir de la luz solar que de otro modo se perdería», dijo Kai Wang, profesor asociado de investigación de ciencia e ingeniería de materiales en Pensilvania y coautor del estudio. . . «Este es un gran paso: finalmente lo hemos hecho con células solares eficientes y translúcidas».
Las células solares convencionales están hechas de silicio, pero los científicos creen que se están acercando a las fronteras de la tecnología en marcha para crear células solares más eficientes que nunca. Los científicos dijeron que las perovskitas ofrecen una alternativa prometedora, y apilarlas sobre celdas convencionales podría crear dispositivos en tándem más eficientes.
«Hemos demostrado que podemos fabricar electrodos a partir de capas atómicas de oro muy delgadas», dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en Pensilvania. «La fina capa dorada tiene una alta conductividad eléctrica y, al mismo tiempo, no interfiere con la capacidad de la célula para absorber la luz solar».
La célula solar de perovskita desarrollada por el equipo alcanzó una eficiencia del 19,8%, un récord para una célula semitransparente. Cuando se combina con una celda solar de silicio convencional, el dispositivo en tándem alcanzó una eficiencia del 28,3%, frente al 23,3% de la celda de silicio sola. Los científicos anunciaron sus hallazgos en la revista Nano Energy.
“Una mejora gigante de la eficiencia del 5%”, dijo Priya. Esto significa que está convirtiendo aproximadamente 50 vatios de luz solar por metro cuadrado de material de células solares. Las granjas solares pueden constar de miles de unidades y eso agrega mucha electricidad, lo cual es un gran logro «.
En investigaciones anteriores, dijeron los científicos, la película de oro ultrafina se mostró prometedora como un electrodo transparente en las células solares de perovskita, pero los problemas para formar una capa uniforme condujeron a una mala conductividad.
El equipo descubrió que el cromo utilizado como capa de semilla permite que el oro se forme en la parte superior en una capa extremadamente delgada con buenas propiedades conductoras.
«Normalmente, si se cultiva una capa delgada de algo como el oro, las nanopartículas se unirán y se agruparán como pequeñas islas», dijo Dong Yang, profesor asistente de investigación de ciencia e ingeniería de materiales en Pensilvania. «El cromo tiene una gran energía superficial que proporciona un buen lugar para que el oro crezca encima y permite que el oro forme una capa delgada y continua».
Las células solares de perovskita están hechas de cinco capas y otros materiales que han sido probados como electrodos transparentes que dañan o degradan las capas de las células. Los científicos dijeron que las células solares hechas con electrodos de oro son estables y mantienen una alta eficiencia a lo largo del tiempo en las pruebas de laboratorio.
“Este avance en el diseño de una arquitectura de celda en tándem basada en un electrodo transparente proporciona una vía eficiente hacia la transición a perovskitas y celdas solares en tándem”, dijo Yang.
Referencia: “28,3% – Eficiencia de perovskita / célula solar en tándem mediante un electrodo transparente ideal para una célula superior semitransparente de alta eficiencia” por Dong Yang, Xiaorong Zhang, Yuchen Hou, Kai Wang, Tao Ye, Jungjin Yoon, Congcong Wu, Mohan Sanghadasa, Shengzhong (Frank) Liu y Shashank Priya, 27 de febrero de 2021 Nano energía.
DOI: 10.1016 / j.nanoen.2021.105934
Tao Yi y Jung Jin Yun, dos investigadores postdoctorales, también contribuyeron a esta investigación. Y Yushin Ho, estudiante de doctorado.
Xiaorong Zhang, Universidad Normal de Shaanxi, China; Shengzhong Liu, Academia China de Ciencias; Kongkong Wu, Universidad de Hubei, China; Y Mohan Sangadasa, líder del desarrollo de capacidades de combate del Ejército de los EE. UU., También contribuyó a la investigación.
La Oficina de Investigación Naval, el Fondo de Innovación Rápida del Ejército y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea proporcionaron fondos para esta investigación.