¿Qué son las celdas solares de grafeno?

Célula solar transparente Mit

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.

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”, afirma 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.

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Células solares de grafeno frente a las de silicio

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.

Óxido de grafeno para células solares

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.

Por qué se utiliza el grafeno en los paneles solares

Desde hace décadas surgen nuevas tecnologías y dispositivos para la producción, el almacenamiento y la utilización eficaz de la energía solar. El sol es una fuente de energía segura, limpia, barata, renovable y sostenible a través de la cual la energía de la luz se puede convertir directamente en electricidad sin la producción de ningún contaminante ni problema medioambiental. Para recoger la luz del sol se utilizan células solares. Las células solares también se denominan células fotovoltaicas. Los materiales y dispositivos fotovoltaicos convierten la luz solar en energía eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico o fotovoltaico.

Entre los diferentes tipos de células solares, las células solares de capa fina (CZTS y CIGS) y las células solares orgánicas (Perovskita, Dye Sensitized) las células solares convencionales basadas en el silicio siguen dominando el mercado. Las células solares de silicio tienen ventajas como su alta eficiencia, su larga vida útil y su bajo coste. Los investigadores llevan más de 25 años trabajando para mejorar la eficiencia de los módulos fotovoltaicos hasta un 80%. Pero la máxima valencia alcanzada de las células solares basadas en el silicio es sólo del 26,7%. El máximo módulo fotovoltaico teórico basado en el silicio tiene una eficiencia de alrededor del 33,7%, lo que significa que la máxima energía solar que se puede convertir en energía eléctrica está limitada al 33,7%.