En un paso más hacia los rascacielos que sirven como fuentes de energía, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Michigan ha establecido un nuevo récord de eficiencia para las células solares transparentes de color neutro.
por la Universidad de Michigan
El equipo logró un 8,1% de eficiencia y un 43,3% de transparencia con un diseño orgánico o basado en carbono en lugar del silicio convencional. Si bien las celdas tienen un ligero tinte verde, se parecen mucho más al gris de las gafas de sol y las ventanas de los automóviles.
«Las ventanas, que se encuentran en la fachada de cada edificio, son un lugar ideal para las células solares orgánicas porque ofrecen algo que el silicio no puede, que es una combinación de muy alta eficiencia y muy alta transparencia visible», dijo Stephen Forrest, Peter A. Franken Distinguished University Professor of Engineering y Paul G. Goebel Professor of Engineering, quien dirigió la investigación.
Los edificios con fachadas de vidrio suelen tener un revestimiento que refleja y absorbe parte de la luz, tanto en la parte visible como en la infrarroja del espectro, para reducir el brillo y la calefacción dentro del edificio. En lugar de tirar esa energía, los paneles solares transparentes podrían usarla para reducir las necesidades de electricidad del edificio. La transparencia de algunas ventanas existentes es similar a la transparencia de las células solares que informa el grupo de Forrest en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
«El nuevo material que desarrollamos y la estructura del dispositivo que construimos tuvieron que equilibrar múltiples compensaciones para proporcionar una buena absorción de la luz solar, alto voltaje, alta corriente, baja resistencia y transparencia de color neutro, todo al mismo tiempo», dijo. Yongxi Li, científico investigador asistente en ingeniería eléctrica e informática.
El nuevo material es una combinación de moléculas orgánicas diseñadas para ser transparentes en el visible y absorber en el infrarrojo cercano, una parte invisible del espectro que representa gran parte de la energía de la luz solar. Además, los investigadores desarrollaron recubrimientos ópticos para aumentar tanto la energía generada por la luz infrarroja como la transparencia en el rango visible, dos cualidades que generalmente compiten entre sí.
La versión de color neutro del dispositivo se fabricó con un electrodo de óxido de indio y estaño. Un electrodo de plata mejoró la eficiencia al 10,8%, con un 45,8% de transparencia . Sin embargo, es posible que el tinte ligeramente verdoso de esa versión no sea aceptable en algunas aplicaciones de ventana.
Las células solares transparentes se miden por su eficiencia de utilización de la luz, que describe cuánta energía de la luz que llega a la ventana está disponible como electricidad o como luz transmitida en el lado interior. Las células solares transparentes anteriores tienen eficiencias de utilización de la luz de aproximadamente 2-3%, pero la célula de óxido de indio y estaño tiene una clasificación de 3,5% y la versión plateada tiene una eficiencia de utilización de la luz del 5%.
Ambas versiones se pueden fabricar a gran escala, utilizando materiales menos tóxicos que otras células solares transparentes. Las células solares orgánicas transparentes también se pueden personalizar para latitudes locales, aprovechando el hecho de que son más eficientes cuando los rayos del sol las inciden en un ángulo perpendicular. Se pueden colocar entre los cristales de las ventanas de doble acristalamiento.
Forrest y su equipo están trabajando en varias mejoras a la tecnología, con el próximo objetivo de alcanzar una eficiencia de utilización de la luz del 7% y extender la vida útil de la celda a aproximadamente 10 años. También están investigando la economía de instalar ventanas transparentes de células solares en edificios nuevos y existentes.
La investigación se publica en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias en el artículo «Energía fotovoltaica orgánica semitransparente de color neutro», de Forrest, Li y sus colegas Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade y Maojie Zhang. . El equipo incluye investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, la Universidad de Soochow en China y el Laboratorio Acelerador Nacional SLAC.
