¿Qué son las celdas solares de grafeno?

Óxido de grafeno para células solares

El grafeno, a diferencia de otros metales, es transparente, fotosensible y flexible, por lo que tiene un gran potencial como componente clave en las células solares. Hoy en día hay muchos prototipos de células solares hechas de grafeno que están casi listos para entrar en el mercado a bajo coste.

Las células solares de grafeno alcanzarán un 10% de eficiencia de conversión, lo que significa que hay un nuevo rival fuerte en el mercado de las células solares. Y además, el grafeno tiene una ventaja sorprendente: puede utilizarse también como pintura o recubrimiento con el mismo rendimiento que una célula solar.

Graphene Box también ofrece una amplia gama de láminas de grafeno de alta calidad sobre sustrato para la investigación y el desarrollo de aplicaciones electrónicas como pantallas OLED, pantallas enrollables o sensores fotovoltaicos.

Célula solar flexible

Las empresas de alta tecnología Bright Day Graphene y Peafowl Solar Power unen sus fuerzas en un proyecto de desarrollo para explorar el grafeno de base biológica como base de la tinta para películas conductoras en células solares transparentes. El objetivo del proyecto es evaluar las propiedades del grafeno de base biológica como base de la tinta para películas conductoras transparentes (TCF). El grafeno utilizado es producido por Bright Day Graphene, con una tecnología patentada de obtención de escamas de grafeno de alta calidad que son de pocas capas y presentan cualidades únicas como alta transparencia y conductividad

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Esto está bien alineado con la célula solar plasmónica directa patentada por Peafowl Solar Power, que convierte la luz en electricidad utilizando nanopartículas plasmónicas como material activo y fotovoltaico. Dado que esta célula solar convierte la luz en electricidad de forma tan eficiente, puede producir electricidad incluso cuando se intercepta muy poca luz, lo cual es la clave de la altísima transparencia de la célula. La finalización con éxito de este estudio de viabilidad abrirá muchas nuevas áreas de aplicación para la tinta a base de grafeno en las células solares transparentes. El proyecto de desarrollo conjunto cuenta con el apoyo del Programa de Innovación Estratégica BioInnovation, respaldado por Vinnova, Formas y Energimyndigheten.

Células solares de grafeno frente a las de silicio

Investigaciones recientes han demostrado que la incorporación de materiales relacionados con el grafeno mejora el rendimiento y la estabilidad de las células solares de perovskita. El grafeno es hidrofóbico, lo que puede mejorar varias propiedades de las células solares de perovskita. En primer lugar, puede mejorar la estabilidad y la pasivación de las trampas de electrones en las interfaces de los dominios cristalinos de la perovskita. En un estudio reciente, unos científicos españoles utilizaron grafeno prístino para mejorar las propiedades de MAPbI3, un popular material de perovskita. El grafeno prístino se combinó con la perovskita de haluro metálico para formar la capa activa de las células solares. Al analizar el material de grafeno/perovskita resultante, se observó que se alcanzaba un valor medio de eficiencia del 15% en condiciones de alta tensión cuando se utilizaba la cantidad óptima de grafeno.

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Investigadores de la Universidad de Cambridge han diseñado una batería de iones de litio que puede cargarse directamente con la luz solar. Esto se hizo en un esfuerzo por mejorar el proceso general de conexión de los paneles solares a las baterías para almacenar energía cuando brilla el sol. “La idea es simplificar el modo en que se recoge y almacena la energía solar”, dice Michael De Volder, ingeniero mecánico de la Universidad de Cambridge que dirigió el trabajo. Si el equipo consigue mejorar la eficiencia y la vida útil del dispositivo híbrido, su coste será probablemente inferior al de la combinación de células solares y baterías. “Por el precio de una batería, se obtienen ambas funcionalidades”, afirma.

Célula solar orgánica de grafeno

El profesor Jing Kong (izquierda) y el estudiante de posgrado Yi Song, creadores de una nueva célula solar de grafeno flexible, son miembros del Grupo de Nanomateriales y Electrónica del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.

Para probar sus electrodos de grafeno, los investigadores fabricaron células solares con electrodos superiores e inferiores (ánodos y cátodos) hechos de grafeno, óxido de indio y estaño (ITO) y aluminio en las combinaciones que se muestran en este gráfico. Las barras de la derecha muestran dos medidas de rendimiento para cada tipo de dispositivo. La densidad de corriente (CD) es la cantidad de corriente que fluye por unidad de superficie, medida en miliamperios por centímetro cuadrado (mA/cm2). La eficiencia de conversión de energía (PCE) es la fracción de energía solar entrante convertida en electricidad.

El dispositivo combina materiales orgánicos (que contienen carbono) de bajo coste con electrodos de grafeno, un material flexible y transparente fabricado a partir de fuentes de carbono baratas y abundantes. Este avance en la tecnología solar fue posible gracias a un novedoso método para depositar una capa de grafeno de un átomo de grosor en la célula solar, sin dañar los materiales orgánicos sensibles cercanos. Hasta ahora, los desarrolladores de células solares transparentes solían recurrir a electrodos caros y frágiles que tienden a agrietarse cuando el dispositivo se flexiona. La capacidad de utilizar grafeno en su lugar está haciendo posible unas células solares transparentes, flexibles y de bajo coste que pueden convertir prácticamente cualquier superficie en una fuente de energía eléctrica.