Los científicos descubrieron que el uso de una capa de semilla de cromo les permitió hacer crecer una película de oro ultrafina que sirve como un electrodo transparente con buena conductividad para las células solares de perovskita. Crédito: Penn State
El desarrollo de nuevos electrodos de metal ultradelgados ha permitido a los investigadores crear células solares de perovskita semitransparentes que son altamente eficientes y pueden acoplarse con células de silicio tradicionales para aumentar significativamente el rendimiento de ambos dispositivos, dijo un equipo internacional de científicos. 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, generando electricidad a partir de la luz solar que de otro modo se desperdiciaría», dijo Kai Wang, profesor asistente de investigación en ciencia e ingeniería de materiales en Penn State y coautor de el estudio. «Este es un gran paso: finalmente logramos fabricar células solares semitransparentes y eficientes».
Las células solares tradicionales están hechas de silicio, pero los científicos creen que se están acercando a los límites de la tecnología en movimiento para crear células solares cada vez más eficientes. Las células de perovskita ofrecen una alternativa prometedora, y apilarlas sobre las células tradicionales podría crear dispositivos en tándem más eficientes, dijeron los científicos.
“Hemos demostrado que podemos fabricar electrodos muy delgados, casi de poli atómico, con oro”, dijo Shashank Priya, vicepresidente asociado de investigación de Penn State y profesor de ciencia e ingeniería de materiales. «La fina capa de oro 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. Y cuando se combina con una celda solar de silicio tradicional, el dispositivo en tándem logró una eficiencia del 28,3%, en comparación con el 23,3% de la celda de silicio sola. Los científicos publicaron sus hallazgos en la revista Nano Energy.
«Una mejora del 5% en la eficiencia es enorme», dijo Priya. “Básicamente, esto significa que está convirtiendo aproximadamente 50 vatios más de luz solar por cada metro cuadrado de material de células solares. Las granjas solares pueden constar de miles de módulos, lo que genera mucha electricidad, y eso es un gran paso adelante «.
En investigaciones anteriores, la película de oro ultrafina se ha mostrado prometedora como electrodo transparente en las células solares de perovskita, pero los problemas para crear una capa uniforme dieron como resultado una conductividad deficiente, dijeron los científicos.
El equipo descubrió que el cromo utilizado como capa de semilla permitió que el oro se formara en la parte superior en una capa ultrafina continua con buenas propiedades conductoras.
“Por lo general, si se cultiva una capa delgada de algo como el oro, las nanopartículas se adhieren y se juntan como pequeñas islas”, dijo Dong Yang, profesor asistente de ciencia de materiales e investigación de ingeniería en Penn State. «El cromo tiene una gran energía de superficie que proporciona un buen lugar para que el oro crezca y, de hecho, permite que el oro forme una película delgada continua».
Las células solares de perovskita se componen de cinco capas y otros materiales probados como electrodos transparentes dañados o capas degradadas de las células. Los científicos dijeron que las células solares fabricadas 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 la arquitectura de celdas en tándem basado en un electrodo transparente ofrece una ruta eficiente para la transición a perovskita y celdas solares en tándem”, dijo Yang.
Referencia: «Celda solar en tándem de perovskita / silicio con 28,3% de eficiencia por electrodo transparente ideal para celdas superiores semitransparentes 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
También contribuyeron a esta investigación de Penn State los académicos postdoctorales Tao Ye y Jungjin Yoon; y Yuchen Hou, estudiante de doctorado.
Xiaorong Zhang, Universidad Normal de Shaanxi, China; Shengzhong Liu, Academia China de Ciencias; Congcong Wu, Universidad de Hubei, China; y Mohan Sanghadasa, Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU., también contribuyeron 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.
