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Nuevas celdas solares para una energía más eficiente

18/03/2016
Una investigación basada en una innovadora técnica producida íntegramente en el País Vasco entre Polymat, Ikerbasque e IK4 CIDETEC y financiada por el Gobierno Vasco, supone un punto de inflexión en el campo de las celdas solares basadas en perovskitas. La investigación, basada en la innovadora técnica "Fullerene Saturation Approach", consigue eficiencias de conversión energética similares o superiores a las existentes actualmente y reduce considerablemente el coste energético facilitando su posterior comercialización. La publicación derivada de los resultados de la investigación ha sido calificada como VIP (Very Important Paper) por la revista ChemSusChem, una categoría reservada a las investigaciones altamente innovadoras, que han sido largamente esperadas por la comunidad científica y llevan a una nueva teoría o mecanismo.

La energía solar es probablemente la mejor alternativa al uso de los combustibles fósiles, ya que la Tierra recibe en tan solo una hora toda la energía que requiere actualmente toda la población mundial durante un año. El reto que se plantea es el de poder transformar toda esa energía solar en energía eléctrica de una forma eficiente. Una investigación producida íntegramente en el País Vasco entre Polymat, Ikerbasque e IK4 CIDETEC supone un punto de inflexión en una tecnología que permitirá alcanzar este reto.

Actualmente más del 85% del mercado fotovoltaico corresponde a módulos basados en obleas de Silicio que muestran eficiencias de conversión energética alrededor de 15%. Esta tecnología, presenta unos costes todavía altos con respecto a los métodos de producción de electricidad convencionales y una eficiencia de conversión energética ciertamente mejorable.

En los últimos años, las celdas solares basadas en perovskitas -clasificadas por la prestigiosa revista Science entre los 10 avances científicos más significativos del 2013- han demostrado un gran potencial, alcanzando eficiencias de conversión energética superiores a 22%. No obstante, algunos de los materiales propuestos presentan todavía algunas limitaciones, especialmente en cuanto a robustez se refiere, y por tanto son susceptibles de mejora.

Entre los componentes habituales de una celda solar de perovskita, se encuentra (Figura A) una capa transportadora de electrones y bloqueadora de cargas positivas (huecos) -Dióxido de Titanio (TiO2)-, la perovskita híbrida CH3NH3PbI3 -material captador de luz solar-, y otra capa transportadora de huecos y bloqueadora de electrones -el material orgánico Spiro-MeOTAD-.

El Dióxido de Titanio utilizado en estas celdas necesita un proceso térmico conocido como “sintering” a altas temperaturas (~500 ° C), que implica un coste energético difícil de asumir en una futura comercialización de estas celdas solares. Además, estas temperaturas son incompatibles con el uso de sustratos plásticos y sus consecuentes ventajas de cara al desarrollo de dispositivos fotovoltaicos flexibles y de fácil integración.           

En la investigación llevada a cabo por investigadores de Ikerbasque, del Polymat y de IK4-Cidetec y publicada por la revista ChemSusChem se propone una técnica simple, barata e innovadora, consistente en la utilización de Fullerenos en disolución en lugar de Dióxido de Titanio (Figura B). Mediante esta técnica innovadora, bautizada como “Fullerene Saturation Approach” se consiguen eficiencias de conversión similares o superiores a las construidas con Dióxido de Titanio, evitando el elevado coste energético asociado al proceso de sintering.

Adicionalmente, el uso del “Fullerene Saturation Approach” permite el uso de sustancias químicas tales como el (70) fullereno, que a priori, no cumplen los requisitos de procesabilidad, ópticos y electrónicos necesarios para conseguir dispositivos eficientes. Contrariamente a lo esperado los dispositivos generados con (70) fullereno muestran eficiencias similares a las descritas para celdas construidas Dióxido de Titanio, lo que avanza la posible introducción de una gran variedad de moléculas orgánicas que inicialmente se habían excluido debido a sus características optoelectrónicas.

Por último, la fabricación de celdas solares mediante tecnologías de química húmeda de fullerenos, permite la preparación de dispositivos flexibles, que podrían ser incorporados sobre cualquier tipo de superficie.

Todas estas ventajas, hacen que esta investigación financiada por el Gobierno Vasco mediante el proyecto “Solutions” PC2015-1-03 (16-79), y llevada a cabo en colaboración entre Polymat, Ikerbasque e IK4-Cidetec, suponga un punto de inflexión en el campo de las celdas solares basadas en perovskitas. Parte de estos resultados han sido recientemente publicados en la revista ChemSusChem “Efficient Regular Perovskite Solar Cells Based on Pristine (70) Fullerene as Electron Selective Contact”, ChemSusChem 2016, DOI: 10.1002/cssc.201600051 y calificados con la distinción de “Very Important Paper (VIP)”

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201600051/full

Más información:

Ramón Tena - IK4-CIDETEC (rtena@cidetec.es

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