viernes, 4 de noviembre de 2011

Las celdas solares de las nanopartículas hacen el trabajo ligero

Fotovoltaicas baratas, para imprimir por fin podría cumplir con su promesa inicial.


Un tipo de celda solar se descubrió por primera vez hace 20 años, finalmente podría llegar a ser comercialmente viable gracias a las mejoras reportadas en la ciencia hoy en día. Este diseño alternativo podría dar lugar a cedas baratas, que para imprimir masivamente en todo el mundo a impulsar el uso de la energía solar.

Electroquímico Michael Grätzel en el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausanne ideó la celda sensibilizada por colorante de nanocristales (DSC) en 1991. Utiliza moléculas orgánicas de colorante para absorber la luz solar, la energía de la que entonces arranca electrones en diminutas nanopartículas de dióxido de titanio de cerámica (óxido de titanio) en la que el colorante se encuentra. Estos electrones son recogidos por medio de electrodos para generar una corriente eléctrica.

Titanio en sí es muy barato: en forma de grano grueso, que es el pigmento en la pintura blanca. Y las celdas deben ser fácil de producir en masa. Grätzel y otros han desarrollado métodos para la "impresión" de matrices de celdas solares de nanocristales en paneles de vidrio y láminas de metal. Todo esto hace del DSC parece una alternativa atractiva a las células fotovoltaicas convencionales, que son generalmente hechas de películas finas o láminas de silicio y son relativamente caros de producir.



Aumentando la eficiencia

DSC previamente han alcanzado eficiencias de hasta un 11%, ligeramente mejor que el comercial de las celdas fotovoltaicas de silicio, y ya están siendo comercializados en pequeñas cantidades. La compañía G24 Innovations, con sede en Cardiff, Reino Unido, los vende en plástico flexible montado en módulos, y varias otras empresas, en particular en el este de Asia, los comercializan en los paneles de vidrio que pueden ser integrados en los edificios. Pero el uso de la tecnología se ha limitado hasta ahora. Los colorantes utilizados para obtención de la luz del sol contienen átomos de rutenio, un metal caro. Y debido a las ineficiencias de su conversión, DSC también tienden a producir sólo baja tensión (menos de 0,8 V).

Para completar el circuito eléctrico y sustituir los electrones emitidos por el medio de DSC utiliza un compuesto químico para transportar electrones desde el segundo electrodo. Las celdas de la administración anterior de yodo disuelto, que recoge un electrón para formar iones triyoduro. Los iones se difunden a través del líquido entre los electrodos hasta que llegan a las partículas de óxido de titanio recubierto de tinte. Sin embargo, tri-yoduro de iones no son una buena opción para las energías de electrones en las moléculas de colorante: el derroche de energía que la transferencia de sus electrones, lo que resulta en una baja tensión de la celda y poder bajo. El problema es que los operadores alternativos de electrones que están mejor adaptados para la transferencia de electrones sufren por el hecho de que los electrones pueden saltar de nuevo a ellos de los tintes, el derroche de la energía solar absorbida.

Ahora Grätzel y sus colegas han encontrado una buena alternativa tanto para los tintes de rutenio caros y los mediadores de yoduro de limitadores de tensión. "Es un trabajo muy agradable, y un avance significativo", dice Jenny Nelson, especialista en células de polímero y de nanocristales solar en el Imperial College de Londres.

Para los tintes, el equipo de Grätzel utiliza complejo de tres partes las moléculas que consiste en un grupo que pierde fácilmente electrones, un grupo que los acepta con facilidad, y una unidad de transición que contiene un grupo que absorbe la luz en relación con que en la clorofila.

Para el mediador de electrones, los investigadores usan moléculas orgánicas unidos a los átomos de cobalto, que puede cambiar entre dos estados por la pérdida o ganancia de un electrón. Se adaptó el tinte uniendo grupos voluminosos químicas que actúan como barreras, impidiendo no deseado regreso de salto de los electrones del mediador para el tinte.

La DSC resultado han logrado récord de tensiones (hasta 0,97 V) y eficiencia (hasta el 12,3%). Si la eficiencia puede ser empujado hasta un 15%, los dispositivos deben ser costo-efectiva la competencia a las células fotovoltaicas de silicio.

Problemas pendientes
Hay otros problemas que resolver primero, sin embargo. En particular, el mediador de cobalto Grätzel es disuelto en acetonitrilo, un disolvente muy volátil, no es adecuado para su uso en dispositivos prácticos, de acuerdo con Gerrit Boschloo, un experto en el DSC en la Universidad de Uppsala en Suecia, quien informó por primera vez los mediadores de cobalto en el año 2010. Añade que el mediador utilizado actualmente por el equipo de Lausana no es probablemente lo suficientemente estable para uso a largo plazo.

Grätzel dice que está trabajando en estas y otras mejoras - por ejemplo, la adaptación de los tintes para capturar más del componente rojo de la luz solar, y prueba de nuevos mediadores de cobalto que aumentan la tensión aún más. 

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