Celdas solares transparentes: ahora que las ves, ya no lo harás

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Este es un período emocionante en el campo de la energía solar para científicos de materiales. Las células solares sensibles al tinte reducen la brecha de eficiencia, las células solares de carbono se han convertido en una realidad y las células solares transparentes se vuelven prácticas. Desde estos desarrollos, la tecnología de células solares de tercera generación aún puede mejorarse significativamente. Para entender la dirección de la investigación solar, debemos explorar su origen y cómo funciona. Este artículo presenta los avances recientes en células solares transparentes en su contexto histórico y explica los conceptos básicos de esta tecnología en evolución.

Noticias y antecedentes

Desde el documento histórico de Michael Gratzel sobre células solares sensibilizadas con colorante en 1991, las células transparentes han sido un área prometedora para la investigación fotovoltaica. Este concepto promete ventanas generadoras de electricidad de bajo costo y fáciles de instalar en un futuro cercano. Hasta hace poco, las propiedades de tales dispositivos habían permanecido demasiado bajas para ser prácticas. Más importante aún, la eficiencia de las células transparentes no podría competir con la tecnología de cristal, que sigue siendo el rey de la energía solar. Los paneles cristalinos tienen una eficiencia promedio del 18%, casi el doble que la de la película delgada, su competidor más cercano. Esto está más allá del 1% de eficiencia de la mayoría de las celdas transparentes. Aunque las células transparentes y otras tecnologías de tercera generación no son muy eficientes ni duraderas, pueden ser flexibles, fáciles de instalar y tienen propiedades físicas únicas. Una de las razones por las que estas células se quedan atrás es que son un área de estudio nueva y confiable. Afortunadamente, los últimos años han sacado a la luz nuevas técnicas que han acercado la fotovoltaica transparente al mercado.

En 2011, un documento de investigación del MIT escrito por Bulovic, profesor de ingeniería eléctrica, y Lunt, investigador postdoctoral, presentó una célula con propiedades impresionantes. La célula solar orgánica del equipo mostró una eficiencia del 1,7% y una transparencia superior al 65%. Si bien este fue un resultado importante que llegó a ser noticia en todo el mundo, la eficiencia de la célula aún era baja y los problemas de estabilidad de los compuestos persistieron. Estos son problemas crónicos en células fotovoltaicas orgánicas, cuyos materiales son menos eficientes que el silicio y se degradan rápidamente con el uso. Sin embargo, la nueva célula solar desarrollada en UCLA ha dado pasos importantes para mejorar su rendimiento.

investigadores de UCLA & # 39; La última publicación de PV describe una nueva célula fotovoltaica de plástico, cuya eficiencia es del 4% y la transparencia de casi el 70%. Estos son dos pasos importantes. El 70% es un récord de transparencia fotovoltaica y, aunque el 4% puede parecer mínimo, tenga en cuenta que las células solares de película delgada tienen una eficiencia promedio del 10%. Dada la facilidad de implementación, la alta eficiencia y la transparencia de estas celdas, podemos tener pantallas y ventanas antes de lo esperado. Yang Yang, el profesor que dirigió el estudio, dijo: "Estos resultados abren el potencial de las células solares de polímero visiblemente transparentes como componentes complementarios de la electrónica portátil, ventanas inteligentes y sistemas fotovoltaicos". Embebido en edificios y en otras aplicaciones ".

Tecnología

Las células solares transparentes funcionan de acuerdo con el mismo mecanismo utilizado para la generación de energía mediante paneles solares más comunes: el efecto fotovoltaico. La luz que incide en un semiconductor se convierte en electricidad mediante la promoción de electrones en la franja del edificio. Estos electrones luego crean una corriente a medida que se mueven entre el contacto frontal y el contacto posterior de la célula. Las células transparentes se diferencian de los paneles cristalinos y de película delgada en que solo absorben la luz no visible, como la luz infrarroja y ultravioleta. La mayoría de las longitudes de onda visibles, entre 400 y 700 nm, pasan a través del material sin obstáculos. Esto nos permite ver a través de la célula. Además, las celdas a menudo son flexibles porque no están hechas de obleas de silicio y tienen métodos de fabricación eficientes, como la laminación, que permiten enormes economías de escala.

Se utilizan muchos modelos y materiales diferentes para hacer células fotovoltaicas transparentes. Por supuesto, un elemento clave de la tecnología es garantizar que no se absorba la luz visible. Se han utilizado plásticos, materiales compuestos y una gran cantidad de materiales exóticos para este propósito. En el caso del estudio de UCLA, se utilizó un polímero fotoactivo cerca del infrarrojo. Por lo tanto, la célula produce la mayor parte de su electricidad a partir de rayos infrarrojos. Esto significa que es relativamente confiable y que produce electricidad incluso en la oscuridad. Desafortunadamente, el equipo sigue siendo algo inestable. Los investigadores no estaban muy preocupados por esto, afirmando que la investigación adicional podría extender significativamente la vida celular.

Las tecnologías de tercera generación, como las células solares transparentes, a menudo utilizan nanopartículas de titanio (TiO2) para mejorar su eficiencia. Este material es abundante y muy efectivo en células solares. La célula de UCLA no es una excepción. El conductor de la célula, completamente transparente, consiste en una película de nanocables de plata dopados con nanopartículas de titanio. El material no solo tiene excelentes propiedades ópticas, sino que también es barato producirlo por tratamiento de solución. Muchos lectores han indicado que este controlador fue un elemento clave del éxito del dispositivo. Los diseños anteriores incluían conductores opacos que, naturalmente, no proporcionaban muy buenas células fotovoltaicas transparentes.

Aplicaciones

El vidrio está en todas partes. Lo encontrará en ventanas, invernaderos y prácticamente en todos los aparatos electrónicos del edificio. Un material fotovoltaico transparente se puede utilizar en todas estas aplicaciones para producir electricidad limpia y confiable. Una ventaja importante de todos estos usos potenciales es que no hay costos adicionales de montaje o instalación. Por ejemplo, cuando se necesitan ventanas nuevas en un edificio, las celdas solares transparentes pueden reemplazar los paneles de vidrio por un costo adicional mínimo. El vidrio solar es una opción fácil para las empresas porque las células, que probablemente serán muy baratas, reducirán sus costos de electricidad. A diferencia de los paneles de película delgada y cristalinos, ni siquiera es necesario utilizar expertos para la instalación.

La aplicación que despierta mayor interés es la de las pantallas electrónicas portátiles. Las baterías de los teléfonos celulares son notoriamente de corta duración. La mayoría de nuestros dispositivos se agotan en menos de una semana. Al recargar parcialmente nuestros dispositivos con la ayuda de pantallas solares transparentes, la vida útil de la batería se puede prolongar y el consumo de electricidad (de la red) puede reducirse. Los diseños ya se han diseñado para que la celda se encuentre directamente en la pantalla, por debajo del nivel de capacidad, lo que permite a los usuarios seguir utilizando su teléfono como pantalla táctil. Una empresa llamada Wisips recientemente comercializó esta idea. Muchos también piensan que las células podrían instalarse con éxito en rascacielos y otras grandes empresas que tienen muchas ventanas y mucho sol. 3M tiene su propia célula solar transparente que planea dirigir a edificios y empresas gubernamentales.

Puede pasar algo de tiempo antes de que esta tecnología se integre en los hogares promedio, pero esto probablemente nunca suceda. Muchas casas tienen ventanas que dan al ecuador (al sur en el hemisferio norte y al norte en el hemisferio sur) y les gustaría tener facturas de electricidad más bajas. La compra de un inversor de red para ventanas solares puede representar un costo adicional para el propietario, pero no sería muy grave. Tenga en cuenta que si el individuo ya tiene una fuente de electricidad distribuida, agregar ventanas solares se vuelve aún más simple.

Un área que pocas personas han discutido utiliza esta tecnología en el cristal cristalino de los paneles solares. Las células transparentes duraderas y económicas podrían complementar la tecnología solar actual al aumentar el rango de longitud de onda de la luz absorbida. El silicio cristalino tiene un intervalo de banda de aproximadamente 1 eV, lo que significa que convierte la luz del infrarrojo cercano con la mayor eficiencia, pero también absorbe la radiación en frecuencias hasta la de la luz. azul visible. La celda UCLA, que opera principalmente con luz infrarroja, puede no ser complementaria a esta tecnología, pero una celda con un intervalo de banda diferente podría ser esta. Al combinar las dos tecnologías, la eficiencia de los paneles aumentaría, reduciendo el costo de la energía solar.

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Source by Thomas Hoekman

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