27/08/2013 - Fabrican células solares basadas en grafeno

Menéame

La mayor parte de los recursos energéticos del mundo se generan cuando los rayos del sol golpean la Tierra. Cada año, 8.000 veces más energía solar se produce lo que se consume en todo el mundo. Aunque la radiación solar representa la mayor parte de la energía disponible renovable del mundo, sólo una pequeña parte de ella está actualmente aprovechada. Esto es debido al alto coste de producción e instalación de la tecnología comercial, a base de silicio fotovoltaico (PV) que es necesaria para convertir la energía solar en electricidad en su mayoría. 

Los investigadores están explorando alternativas de bajo costo, tales como orgánicos, nanoestructurados, o las células solares híbridas basadas en el grafeno, un material completamente de carbono. Este enfoque abre oportunidades para el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos flexibles con alta eficiencia de conversión de energía, para uso en superficies curvas o transparentes, por ejemplo, las ventanas.

Para obtener altas eficiencias de conversión de energía, dispositivos fotovoltaicos completamente orgánico deben estar compuestas de una red interpenetrante de componentes donadores de electrones y aceptor de electrones, conocidos como células solares de heterounión granel (BHJs).Estos son creados usando ya sea mezclas de polímeros o de polímeros híbridos, mezclas de polímeros conjugados y C 60 derivados (fullereno). Sin embargo, ambos de estos diseños tienen limitaciones. Dispositivos fotovoltaicos completamente orgánicos sólo producen modestos eficiencia de conversión de energía debido al transporte de carga eficiente a través de las vías discontinuos en las películas BHJ. Y los basados ​​en C 60 derivados Todavía no cuestan lo suficientemente competitivo.

Para abordar estas cuestiones, se diseñaron dos dispositivos diferentes híbridos orgánicos / inorgánicos BHJ con una mejora de la eficiencia de conversión de energía. 1-5 El primer dispositivo utiliza el arseniuro de galio (GaAs) nanocables mezclados con un conjugado de polímero-poli (3-hexiltiofeno) (P3HT) - para formar una película que consta de nanocables dispersos en una matriz de polímero. 1 por encima de un umbral de carga determinado, los nanocables de facilitar el ordenamiento molecular P3HT, lo que mejora el transporte de carga y los rendimientos de los dispositivos con> 2,3% de eficiencia de conversión de potencia.

El segundo dispositivo utiliza sulfuro de plomo (PbS) puntos cuánticos unidos a través de nanocables P3HT cristalinas injerto disolvente con ayuda y el intercambio de ligando. Esto resulta en la separación de fases orgánica / inorgánica controlada y una eficiencia de conversión de potencia máxima mejora de 4,1%. 2 Mediante la formación de células solares BHJ todo-inorgánicas compuestas de nanocables de óxido de zinc (ZnO) y los puntos cuánticos de PbS, la eficiencia de conversión de potencia supera 5%. 4

Junto con el desarrollo de células solares BHJ híbridos, hemos explorado el uso de grafeno como un material más eficaz, menos costosa la realización de electrodo para reemplazar óxido de indio y estaño (ITO), la elección actual de electrodos transparentes. El indio se utiliza en ITO es caro, mientras que el grafeno está hecho de carbono ubicuo, que es más barato.También proporciona otras ventajas, incluyendo flexibilidad, bajo peso, resistencia mecánica, química y robustez.

Sin embargo, la construcción de nanoestructuras semiconductoras directamente sobre el grafeno prístina para aplicaciones prácticas, sin menoscabo de sus propiedades eléctricas y estructurales, ha sido un desafío debido a la estable e inerte de grafeno sp 2 estructura híbrida. Se utilizó una serie de recubrimientos de polímeros para modificar sus propiedades. 5 Esto nos permitió unir una capa de nanocables de ZnO a ella, y entonces un material de revestimiento que absorbe la luz, ya sea los puntos cuánticos PBS o P3HT. A pesar de estas modificaciones, las propiedades innatas del grafeno se mantuvieron intactas.

Nuestro trabajo más reciente demuestra células solares híbridas de cátodo basados ​​en el grafeno (ver Figura 1 ) utilizando dos materiales fotoactivos diferentes, puntos cuánticos PBS y P3HT, con AM1.5G (una prueba de iluminación estándar) eficiencia de conversión de potencia de 4,2 y 0,5%, respectivamente. Nuestro método para la fabricación de nanoestructuras semiconductoras sobre el grafeno, a través de un proceso de ingeniería de interfaz, conserva las propiedades estructurales y eléctricas del grafeno.Esto hace que sea un reemplazo viable para el ITO en diversas configuraciones de los dispositivos fotovoltaicos, lo que abre una amplia gama de oportunidades para el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos flexibles. Por otra parte, esta estructura también se puede aplicar a una variedad de dispositivos nanoelectrónicos, tales como LED.

En resumen, hemos descrito el diseño de células solares híbridos orgánicos / inorgánicos que ofrecen una gama de características atractivas, incluyendo eficiencias de conversión mejoradas. Actualmente estamos investigando otros sistemas fotovoltaicos flexibles de grafeno electrodos basados ​​y solución procesable con el objetivo de lograr el rendimiento del dispositivo comparable o superior a las de sus contrapartes convencionales.

___________________________________

Referencias

1. S. Ren, N. Zhao, S. Crawford, M. Tambe, V. Bulovic, S. Gradečak, Heterojunction photovoltaics using GaAs nanowires and conjugated polymers, Nano Lett. 11, p. 408, 2011.

2. S. Ren, L.-Y. Chang, S. K. Lim, J. Zhao, M. Smith, N. Zhao, V. Bulovic, M. Bawendi, S. Gradečak, Inorganic-organic hybrid solar cell: bridging quantum dots to conjugated polymer nanowires, Nano Lett. 11, p. 3998, 2011.

3. S. Ren, M. Bernardi, R. R. Lunt, V. Bulovic, J. C. Grossman, S. Gradečak, Towards efficient carbon nanotube/P3HT solar cells: active layer morphology, electrical, and optical properties, Nano Lett. 11, p. 5316, 2011.

4. J. Jean, S. Chang, P. R. Brown, J. J. Cheng, P. H. Rekemeyer, M. G. Bawendi, S. Gradečak, V. Bulovic, Nanowire arrays for enhanced photocurrent in quantum dot solar cells, Adv. Mater. 25, p. 2790, 2013.

5. H. Park, S. Chang, J. Jean, J. J. Cheng, P. T. Araujo, M. Wang, M. Bawendi, M. S. Dresselhaus, V. Bulovic, J. Kong, S. Gradečak, Graphene cathode-based ZnO nanowire hybrid solar cells, Nano Lett. 13, p. 233, 2013.

Muchas plantas industriales continúan dependiendo de sistemas de tecnología operacional (operational technology u OT) que llevan décadas en funcionamiento. Su fiabilidad, el elevado coste de detener las líneas de producción y la dificultad de sustituir equipos profundamente integrados en los procesos han favorecido que estas infraestructuras permanezcan durante años sin grandes modificaciones, incluso cuando ya utilizan ...

Greenpeace presenta hoy su informe Destrucción a Toda Costa 2026 donde ponecifras y ejemplos de la vulnerabilidad de la costa ante el colapso climático y el abuso del ladrillo, mostrando que se encuentra en un punto crítico. Este estudio saca a la luz la desconexión entre las actuaciones que se llevan a cabo ...

Dentro del campo específico de las energías renovables, el crecimiento exponencial se debe principalmente al auge la energía solar fotovoltaica, con 18.674 trabajos visados, un 900% más que en 2019, con 1.916 proyectos. El auge en el sector de la energía se refleja también en el hecho de que el 36% del total de los proyectos industriales ...

La nueva encuesta del Observatorio de la Ingeniería de España (OIE) ya está a disposición de todos los ingenieros e ingenieras para poder conocer hasta qué punto la Inteligencia Artificial (IA) está impactando en la profesión, qué usos están haciendo de estas herramientas, qué oportunidades ofrece la IA y qué desafíos plantea para el futuro del ...

La compañía suma un nuevo capítulo a su historia: acaba de completar la fabricación de la unidad número 200.000 de VENTUM®, su línea de sombrerete de chimenea en aluminio. Una cifra poco habitual en el sector que refleja la aceptación del producto entre arquitectos, prescriptores e instaladores desde su lanzamiento en ...