Compuesto ecológico prometedor para su uso en paneles solares

Una transición generalizada hacia la energía solar dependerá en gran medida de la disponibilidad de una tecnología fiable, segura y asequible, como baterías para el almacenamiento de energía y células solares en paneles solares para la conversión de la energía. En el Instituto Politécnico Rensselaer, los investigadores se han centrado en ambas partes de esa ecuación.

En una investigación publicada en la revista Advanced Functional Materials, un equipo de ingenieros, científicos de materiales y físicos demostraron cómo un nuevo material - una perovskita de calcogenuro sin plomo - que no había sido considerado previamente para su uso en células solares, podría proporcionar una opción más segura y efectiva que otras que se consideran comúnmente para formar parte de paneles solares.

Las perovskitas de haluro orgánico-inorgánico, un tipo de mineral cristalino, se han mostrado prometedoras como componente clave de las células solares, pero también han planteado grandes desafíos. Sus propiedades únicas son muy eficaces para convertir la energía del sol en energía eléctrica y son menos costosas que el silicio, que se ha utilizado tradicionalmente en esta función. Sin embargo, son inestables cuando se exponen a la humedad y a la luz solar, disminuyen su eficiencia al degradarse y se descomponen en plomo y yoduro de plomo, que son sustancias peligrosas.

"Estos tipos de materiales te dan muy buen rendimiento el primer día, pero dentro de tres o cuatro días, máximo una semana, encuentras que su rendimiento cae precipitadamente", dijo Nikhil Koratkar, profesor de ingeniería mecánica, aeroespacial y nuclear en Rensselaer, y autor de este artículo. "Además, estos materiales no son respetuosos con el medio ambiente ya que contienen plomo".

Para superar ese desafío, Koratkar y un equipo de investigadores, entre los que se encontraba Tushar Gupta, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica, demostraron cómo una fina película de perovskita de calcogenuro sin plomo, concretamente de sulfuro de circonio-bario (BaZrS₃), podría potencialmente sustituir a las perovskitas que contienen plomo para una aplicación mucho más segura y estable.

(Foto: Pixabay)

Para probar la capacidad de este compuesto a la hora de convertir la luz en corriente eléctrica y su futuro uso en paneles solares fotovoltaicos, el equipo lo utilizó para construir un sensor de luz. El trabajo de los investigadores en el laboratorio reveló que el compuesto BaZrS₃ es intrínsecamente más estable y resistente al agua. Pudieron demostrar a través de cálculos teóricos y modelos computacionales que BaZrS₃ es altamente resistente a reaccionar o descomponerse cuando se expone a la humedad o a la luz solar intensa. Esto también fue validado experimentalmente a través de detallados estudios de envejecimiento de dispositivos que se llevaron a cabo durante un período de cuatro semanas. Además de todo esto, Koratkar dijo que la fabricación de este compuesto es en realidad menos costosa que el silicio de alta calidad.

"La Academia Nacional de Ingeniería ha definido 14 grandes desafíos; uno de ellos es hacer que la recolección de energía del sol sea más barata y más extendida", dijo Koratkar. "Esa es la motivación de este trabajo, idear nuevos materiales que puedan rivalizar con la eficiencia del silicio, pero que reduzcan el coste de fabricación de las células solares, y esa es la clave para lograr este objetivo".

Koratkar ha obtenido financiación de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) para seguir desarrollando y optimizando estos materiales y desplegarlos en dispositivos de células solares, aptas para construir paneles solares. (Fuente: NCYT Amazings)