Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han logrado aumentar la eficiencia de conversión de energía de las células fotovoltaicas de pigmentos fotosensibles llevándola más allá del 15% con luz solar directa y del 30% con luz ambiental. Este hallazgo supone un avance considerable que podría traducirse en la fabricación de dispositivos y paneles de energía solar mucho más eficientes.
Las celdas solares sensibilizadas por colorante (DSC), también conocidas como celdas Graetzel, son un tipo de celdas fotovoltaicas que producen electricidad mediante un principio foto-electro-químico, cambiando la energía lumínica en energía eléctrica. Ahora, un equipo de investigación de la Escuela Politécnica Federal de Lausana ha logrado una importante mejora utilizando moléculas de tinte fotosensibilizante especialmente diseñadas que, cuando se combinan, son capaces de recolectar luz de todo el espectro de luz visible.
Este tipo de celdas destacan por aspectos como el poder ser instaladas en prácticamente cualquier lugar. Un ventanal de un edificio, los cristales de un coche y hasta la pantalla de un ordenador portátil. Además, su proceso de fabricación utilizando técnicas de impresión de rollo convencionales, permiten realizar un proceso de bajo coste.
Pero hasta ahora, esta tecnología se enfrentaba a problemas como el uso del electrolito líquido, el cual tiene problemas de estabilidad con respecto a cambios de temperatura. A temperaturas muy bajas el electrolito puede congelarse de manera que los electrones no se puedan mover a las bandas de conducción, teniendo menor eficiencia y potencialmente tener un daño físico en la celda permanentemente.
Nuevo método de sensibilización con tinte
El estudio publicado por el equipo de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, titulado ‘La preadsorción de ácido hidroxámico aumenta la eficiencia de las celdas solares cosensibilizadas’, se ha publicado en la revista científica Nature y en él se explica un modo de unión de dos moléculas de tinte fotosensibilizador de nuevo diseño que mejora el rendimiento fotovoltaico.
La técnica consiste en preadsorber una monocapa de un derivado del ácido hidroxámico sobre la superficie de dióxido de titanio mesoporoso nanocristalino. Esto es algo que permite que la adsorción de los dos sensibilizadores se ralentice, lo que permite la formación de una capa de sensibilizador bien ordenada y densamente empaquetada en la superficie del dióxido de titanio.
Gracias a este avance, el equipo pudo desarrollar unas celdas DSC con una eficiencia de conversión de energía del 15,2% por primera vez bajo luz solar simulada global estándar. Además, su estabilidad operativa a largo plazo quedó probada durante 500 horas.
Otro aspecto realmente interesante de este avance es que se ha logrado aumentar el área activa a 2,8 centímetros cuadrados, y con ella la eficiencia de conversión de energía se elevó a un arco de entre el 28,4% y el 30,2%, además en una amplia gama de intensidades de luz ambiental junto con una estabilidad excepcional.
Se trata de un récord de conversión de energía que le permitirían superar los logrados por los sistemas fotovoltaicos convencionales hasta la fecha.
La nueva tecnología debe demostrar ahora, en una producción a gran escala, todo su potencial para ofrecer una alternativa de aprovechamiento de las superficies y producir electricidad en muy variados ambientes.
Estudio de referencia: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05460-z
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