¡Eficiencia del 21 por ciento! Nueva preparación de material para baterías de mineral de calcio-titanio revelada
Jan 17, 2023
En una colaboración entre investigadores de la Universidad de Monash en Australia y la Universidad Tecnológica de Wuhan en China, la pareja dice que pudieron lograr una eficiencia de conversión del 21 por ciento utilizando acetato de plomo como material precursor para la fabricación de células solares de calcogenuro de formamida y cesio.
Se dice que la eficiencia es el mejor resultado registrado para un dispositivo fabricado con una fuente de plomo sin haluro. Esto podría allanar el camino para la fabricación industrial de fotovoltaicos de calcogenuro duraderos y de alta eficiencia.
Por lo general, la mayoría de las investigaciones sobre células solares de calcogenuro utilizan haluros de plomo, específicamente un compuesto conocido como yoduro de plomo. Sin embargo, el yoduro de plomo debe tener una pureza del 99,99 por ciento y, por lo tanto, su uso en células es costoso.
Para resolver este problema, el equipo se convirtió en el primero en utilizar acetato de plomo en lugar de yoduro de plomo para crear células solares estables de calcogenuro de formamida y cesio.
Los dispositivos de prueba mostraron una gran estabilidad térmica y continuaron funcionando después de 3300 horas a 65 grados sin pérdida de eficiencia.
Un módulo solar prototipo más pequeño que utiliza estas células logró una eficiencia del 18,8 por ciento. Se fabricaron grandes áreas de capas de calcogenuro mediante un recubrimiento con cuchilla de un solo paso, lo que demuestra la viabilidad potencial de la fabricación industrial.
El autor principal, Jie Zhao, estudiante de doctorado en la Universidad de Monash, dijo: "Hemos podido usar acetato de plomo en un proceso de recubrimiento por rotación de un solo paso para obtener películas perfectas de calcogenuro de formamida y cesio de alta calidad... Como no necesitamos un antisolvente, podemos lograrlo con técnicas a gran escala, como el recubrimiento de cuchillas, lo que significa que la viabilidad de la producción industrial está en su lugar".
El ingrediente secreto amonio
En comparación con el silicio, las células solares de película delgada hechas de calcogenuro tienen el potencial de transformar el sector de la energía solar porque son baratas de fabricar, flexibles y tienen una banda prohibida sintonizable.
Sin embargo, los investigadores todavía están lidiando con problemas de confiabilidad y deben encontrar una manera de fabricar dispositivos que puedan producirse comercialmente.
Debido a su excelente estabilidad, los investigadores determinaron que los calcogenuros fabricados con formamida y cesio eran candidatos comerciales ideales. Los intentos anteriores de sintetizarlos utilizando acetato de plomo como precursor habían fracasado.
Para investigar y resolver este problema, los investigadores investigaron los mecanismos moleculares subyacentes.
Utilizando la difracción de rayos X y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, los investigadores identificaron la necesidad de utilizar el amonio como un catión volátil (ion con carga positiva) en una etapa crítica.
El autor colaborador Sebastian Fürer dijo: "La presencia de amonio sirve para eliminar el ácido acético residual durante el proceso de recocido sin la formación de subproductos no deseados".
El compuesto químico acetato de plomo es un precursor alternativo muy prometedor para crear películas suaves con menos defectos que el haluro de plomo, dijeron los investigadores.
Hasta ahora, el acetato de plomo solo se ha utilizado para fabricar calcogenuros a base de metilamonio o cesio, que son relativamente inestables e inadecuados para aplicaciones prácticas.
El autor correspondiente, Wenxin Mao, dijo: "Proporcionamos a toda la comunidad de investigación un segundo método para fabricar células solares de calcogenuro de alta calidad".
Recientemente, los investigadores del Centro Helmholtz-Zentrum de Berlín dijeron que habían logrado una eficiencia de conversión del 32,5 por ciento en una celda solar apilada, la más alta para esta tecnología y un récord mundial. La nueva celda solar laminada consta de una celda de silicio en la parte inferior y una celda de titanita de calcio en la parte superior.
En noviembre, un equipo de investigación del Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg en Stuttgart, Alemania, combinó calcogenuro con seleniuro de cobre, indio y galio para crear un módulo solar apilado con una eficiencia de más del 21 por ciento.
