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Científicos diseñan una forma ultrarrápida de fabricar módulos solares de perovskita

La mayoría de las células solares hoy en día están hechas con silicio refinado que convierte la luz solar en electricidad. Desafortunadamente, el proceso de refinado del silicio está lejos de ser limpio, y necesitan una gran cantidad de energía.

Una alternativa más ecológica al silicio es la perovskita de película delgada, células solares flexibles de bajo coste que se pueden producir con un mínimo de energía y prácticamente sin emisiones de CO2.

Si bien las células solares de perovskita son prometedoras, es necesario abordar importantes desafíos antes de que puedan convertirse en algo común, entre los que destaca su inherente inestabilidad, que dificulta su fabricación a gran escala.

El nuevo proceso de fabricación de perovskita desarrollado en Stanford, publicado en la revista Joule, demuestra una forma ultrarrápida de producir células estables de perovskita y ensamblarlas en módulos solares que podrían alimentar dispositivos, edificios e incluso la red eléctrica.

Este trabajo proporciona un nuevo hito para la fabricación de perovskita“, dijo el autor principal del estudio, Reinhold Dauskardt, el profesor Ruth G. y William K. Bowes de la Escuela de Ingeniería de Stanford. “Resuelve algunas de las barreras más grandes para la fabricación a gran escala de módulos con las que la comunidad ha estado tratando durante años“.

Las células solares de perovskita son delgadas películas de cristal sintético hechas de químicos baratos y abundantes como el yodo, el carbono y el plomo.

Las células de película fina son ligeras, plegables y pueden crecer en laboratorios al aire libre a temperaturas cercanas al punto de ebullición del agua, muy lejos de los hornos de 1.650ºC necesarios para refinar el silicio industrial.

Los científicos han desarrollado células de perovskita que convierten el 25% de la luz solar en electricidad, una eficiencia de conversión comparable a la del silicio. Pero es poco probable que estas células experimentales se instalen en los tejados en un futuro próximo.

La mayoría de los trabajos realizados en las perovskitas involucran áreas muy pequeñas de células solares activas y utilizables. Son típicamente una fracción del tamaño de la uña del dedo meñique“, dijo Rolston, quien codirigió el estudio con William Scheideler, un ex becario de postdoctorado de Stanford, ahora profesor asistente en el Dartmouth College.

Los intentos de hacer células más grandes han producido defectos y agujeros que disminuyen significativamente la eficiencia de las células. Y a diferencia de las células de silicio rígido, que duran de 20 a 30 años, la perovskita de película fina se degrada eventualmente cuando se expone al calor y la humedad.

Puedes hacer un pequeño dispositivo de demostración en el laboratorio“, dijo Dauskardt. “Pero el procesamiento convencional de la perovskita no es escalable para una fabricación rápida y eficiente.

Para hacer frente al desafío de la producción a gran escala, el equipo de Dauskardt usó una tecnología patentada que inventaron recientemente llamada procesamiento de plasma de pulverización rápida.

El procesamiento convencional requiere que se hornee la solución de perovskita durante media hora“, dijo Rolston. “Nuestra innovación es usar una fuente de plasma de alta energía para convertir rápidamente la perovskita líquida en una célula solar de película fina en un solo paso“.

Usando este nuevo método el equipo de Stanford fue capaz de fabricar 12 metros de película de perovskita por minuto, unas cuatro veces más rápido de lo que se tarda en fabricar una célula de silicio.

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Logramos el mayor rendimiento de cualquier tecnología solar“, dijo Rolston. “Puedes imaginar grandes paneles de vidrio colocados en rodillos y produciendo continuamente capas de perovskita a velocidades nunca antes logradas“.

Además de una tasa de producción récord, las células de perovskita recién fabricadas alcanzaron una eficiencia de conversión de energía del 18%.

Los fabricantes de perovskitas tendrán que diseñar módulos estables y eficientes para ser comercialmente viables.

Con este fin, el equipo de Stanford creó con éxito módulos de perovskita que continuaron funcionando con una eficiencia del 15,5% incluso después de haberlos dejado en la estantería durante cinco meses.

Si podemos construir un módulo de perovskita que dure 30 años, podríamos reducir el coste de la electricidad por debajo de los 2 céntimos por kilovatio hora“, dijo Rolston. “A ese precio, podríamos usar las perovskitas para la producción de energía a gran escala. Por ejemplo, una granja solar de 100 megavatios“.

Vía stanford.edu

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