Celdas solares
Un material desconocido para las masas podría suponer un gran salto en la tecnología de la energía solar en los próximos años.
Se llama perovskita, una estructura cristalina natural que, al crecer en laboratorio, tiene la capacidad de convertir energía solar en electricidad absorbiendo luz y separando cargas eléctricas en el material. A diferencia de su primo más maduro, el semiconductor de silicio en aplicaciones de células solares, la perovskita es más flexible y más barata de fabricar. Simplemente no ha superado la prueba de la longevidad, todavía.
Las células solares de silicio, hechas a partir de obleas de silicio, tienen una vida útil de 20 años, lo que significa que se degradan un 5 por ciento al año. Las perovskitas se recubren con efecto sobre una superficie, análoga a pintarla en la superficie, pero se degradan más rápido. Por ahora.
Eso según el científico principal Alex Siemiarczuk, Ph.D., de la División de Fluorescencia de HORIBA Scientific. Ayuda a los investigadores a comprender la tecnología de HORIBA en espectrofotometría y, en este caso, cómo se aplica para fabricar una célula solar de perovskita más eficiente.
La eficiencia de las células solares de perovskita ha pasado de cifras de un solo dígito a un 22,1 por ciento certificado en pocos años, según un artículo publicado en 2017 en la revista Science. Esto se acerca rápidamente a la eficiencia de las células solares tradicionales de silicio cristalino.
Es una "forma prometedora de compensar las emisiones de carbono y satisfacer la creciente demanda de consumo energético", según la noticia.
La perovskita puede aplicarse en forma líquida. Puede pintarse en objetos, como edificios, ropa e incluso ventanas.
Los investigadores han estado experimentando con perovskitas híbridas, imitando la estructura físico-química de las perovskitas, pero introduciendo nuevos elementos en su formación para aumentar la eficiencia y la resiliencia.
"Las perovskitas son esencialmente cristales", dijo Siemiarczuk. "El mineral original de perovskita estaba compuesto por dos metales y tres átomos de oxígeno", dijo Siemiarczuk. "Dependiendo de la aplicación, se usarán diferentes grupos, por ejemplo, metilamonio, plomo y tres átomos de haluro. Y eso es lo que se usa comúnmente en la fotovoltaica."
En aplicaciones energéticas de células solares, la capa de perovskita es la capa de captación de luz. La luz es absorbida por la capa de captación de luz, y hay separación de carga, transporte y recogida de carga. Como resultado, se genera cierto voltaje entre los electrodos de la célula solar.
Para comprender mejor esos procesos críticos y mejorar la eficiencia y estabilidad de las células solares de perovskita, algunos investigadores emplean los fluorómetros híbridos de la HORIBA QuantaMaster ™, Fluorolog y FluoroMax®, combinados con componentes de vida útil HORIBA-IBH para mediciones tanto de estado estacionario como de vida útil de fluorescencia, según Ben Yang, Ph.D., científico de aplicaciones para la división de fluorescencia de HORIBA Scientific. Estos son utilizados por laboratorios de investigación básica que intentan descubrir las propiedades fotofísicas de las perovskitas híbridas y laboratorios de investigación aplicada, donde los científicos intentan monetizar la tecnología de la perovskita.
"La eficiencia de esto depende en gran medida de hasta dónde puedan difundirse esos portadores de carga y de cuánto tiempo puedan permanecer separados los electrones y los huecos antes de la recombinación. Una tecnología que se utiliza a menudo es la vida útil de la fluorescencia, que puede emplearse para medir la vida útil de separación de portadores. Ofrecemos tanto fluorómetros híbridos como instrumentos dedicados de por vida como DeltaFlex y DeltaPro, fabricados en nuestra instalación escocesa, HORIBA-IBH. Venimos con nuestro equipo para poder evaluar realmente la eficiencia de este proceso de extracción de luz. La fotoluminiscencia te permite evaluar la función y eficiencia de tu dispositivo", dijo Yang.
Jinsong Huang, Ph.D., y profesor en el Departamento de Ciencias Físicas Aplicadas de la Universidad de Carolina del Norte, está trabajando en ofrecer soluciones a la industria para comercializar células solares de perovskita. Su equipo proporciona apoyo científico para superar las principales barreras tecnológicas, de modo que las células solares de perovskita puedan fabricarse a un precio competitivo a gran escala, abordando cuestiones relacionadas con la estabilidad, la eficiencia y la fabricación rápida y a gran escala. También realiza investigaciones para comprender las propiedades únicas de los perovskitas híbridas y averiguar por qué son tan buenos en fotovoltaicos.
También está investigando otros usos de los perovskitas.
"Además de las células solares, investigamos para encontrar aplicaciones en las que las perovskitas no solo encajan, sino que también sean mucho mejores que los materiales existentes, como los fotodetectores ultrarrápidos de perovskita sensible y los detectores de rayos X de perovskita, que son más de 1.000 veces más sensibles que los detectores comerciales de rayos X en dispositivos de imagen médica", afirmó.
Huang emplea el espectrofluorómetro llave en mano de DeltaFlex HORIBA llave en mano de florescencia TCSPC. Lo utiliza para medir la tasa de recombinación en la detección de sus eficiencias.
"Es un parámetro que necesitamos conocer", dijo.
Debido a sus propiedades ópticas no lineales, las perovskitas también se utilizan en tecnología láser para mejorar la duplicación de frecuencia de la fuente de luz coherente y generar salida láser a longitudes de onda más cortas.
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