Células solares multicapa ultradelgadas basadas en materiales nanoestructurados.

Los científicos de todo el mundo están prestando gran atención a mejorar los sistemas de conversión de energía solar. En un esfuerzo por aumentar su eficiencia y reducir, en la medida de lo posible, el costo de la producción directa de paneles solares, los científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts decidieron tomar el camino de reducir el grosor de las células solares.

El nuevo tipo de paneles puede superar cualquier solución de este tipo, y en términos de producción de electricidad por kilogramo de material utilizado, será inferior solo al uranio. Dichos paneles pueden estar hechos de láminas plegadas en muchas capas. grafeno o disulfuro de molibdeno, cuyo grosor es solo una molécula (pilas de láminas monomoleculares). Los científicos argumentan que este enfoque finalmente se convertirá en el mejor enfoque posible para el desarrollo de la energía solar.

Jeffrey Grossman, profesor asistente de energía en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, dice que a pesar de la gran atención de los científicos que investigan materiales bidimensionales como el grafeno, el potencial de estos materiales para su uso en sistemas de convertidores solares se ha pasado por alto por completo en los últimos años. Resultó que estos materiales no solo son buenos, sino que son muy buenos para hacer frente a la tarea que se les asignó.

A la larga, dos capas de un átomo de grosor, tal como se presentaron al equipo de Grossman, proporcionarán una eficiencia del 1-2%, convirtiendo la energía de la luz solar en electricidad. Parece pequeño en comparación con el 15-20% de eficiencia elementos tradicionales de silicioSin embargo, es importante recordar que el resultado se logra utilizando materiales miles de veces más delgados que el papel de seda.

Una batería de dos capas con un grosor de 1 nanómetro es cientos de miles de veces más delgada que una de silicio convencional, por lo tanto, al colocar estas láminas más delgadas en muchas capas, puede aumentar y superar significativamente la eficiencia habitual de las células solares. Esto creará una competencia significativa por la tecnología bien establecida, según los coautores de Grossman.

Donde el peso es crítico, como en naves espaciales, en aviación y en áreas del mundo en desarrollo donde los costos de transporte son significativos, estos elementos ligeros ya tienen un gran potencial.

En comparación con el peso, los nuevos paneles solares producirán hasta 1000 veces más energía que las baterías convencionales. Al mismo tiempo, la tecnología más delgada de la tecnología convencional producida hasta la fecha aún supera las nuevas en 50 veces su peso.

Esto no es solo la facilidad de transporte, sino también la facilidad de instalación de los paneles, porque la mitad del costo de los paneles solares de hoy es el costo de la estructura de soporte y el sistema de conexión y control. Estos costos pueden reducirse considerablemente mediante el uso de diseños más ligeros.

Además, el material en sí es mucho más barato que el silicio de la pureza requerida, que se usa en las células solares estándar, porque las láminas son tan delgadas que requieren una cantidad muy pequeña de materiales de partida.

Este es un ejemplo impresionante de cómo los materiales nanoestructurados pueden ser la base para diseñar los últimos dispositivos de energía. También se espera que la resistencia mecánica y la flexibilidad de estas capas delgadas sean altas. Los desarrolladores dicen que esto es solo el comienzo de una nueva generación de materiales para la energía solar.

Por un lado, el disulfuro de molibdeno y el dislenuro de molibdeno utilizados en este proyecto son solo dos de los muchos materiales bidimensionales que podrían usarse aquí, sin mencionar sus diversas combinaciones para su uso conjunto.

Los investigadores creen que muchos materiales tienen que ser estudiados, y las condiciones para la reflexión ya se han creado. Los científicos ahora pueden ver estos materiales de una manera completamente nueva.

Y, aunque actualmente no existen métodos industriales para producir disulfuro de molibdeno y dislenuro de molibdeno, esta es un área de investigación activa. La capacidad de fabricación es un tema esencial, pero este problema tiene solución.

Una ventaja adicional de tales materiales es su estabilidad a largo plazo incluso al aire libre, mientras que otros materiales solares requieren un revestimiento protector con capas pesadas de vidrio, que también es costoso. De hecho, existe resistencia a la exposición tanto a la luz ultravioleta como a la humedad, y esto hace que la nueva solución sea muy confiable.

El trabajo preliminar incluyó solo el modelado informático de materiales, pero ahora un grupo de científicos intenta fabricar los dispositivos ellos mismos. Por supuesto, esto es solo la punta del iceberg, desde el punto de vista del uso de materiales bidimensionales para producir "energía limpia", dicen los científicos.