Polímeros autorreparables: acercando las células solares de perovskita a la comercialización
Antecedentes
A medida que los niveles de dióxido de carbono atmosférico alcanzan niveles récord y los fenómenos meteorológicos extremos son cada vez más frecuentes, el mundo está pasando de un sistema energético tradicional que depende de combustibles fósiles a un sistema energético renovable. Sistemas energéticos representados por la energía solar.
En la actualidad, la mayoría de las células solares están hechas de silicio porque el silicio absorbe muy bien la luz. Sin embargo, los paneles de silicio son muy caros de fabricar. Sin embargo, las perovskitas absorben la luz de manera más eficiente que el silicio y son menos costosas.
Por lo tanto, las perovskitas son ideales como capa activa absorbente de luz de las células solares. El equipo necesario para integrar estructuras de perovskita en células solares también es relativamente sencillo. Por ejemplo, las estructuras de perovskita se pueden disolver en disolventes y luego pulverizar directamente sobre el sustrato.
La tecnología solar de perovskita es prometedora, pero un desafío clave para la comercialización es que libera contaminantes como el plomo al medio ambiente, especialmente en condiciones climáticas extremas. La inestabilidad y toxicidad inherentes del plomo han generado serias preocupaciones sobre la viabilidad de las perovskitas a base de plomo, lo que ha dificultado la comercialización a gran escala de células solares y dispositivos similares basados en estos materiales.
Reforma
Recientemente, científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) informaron que una capa protectora de resina epoxi ayuda a prevenir la fuga de contaminantes de las células solares de perovskita. Agregar una capa de polímero encima de una célula solar de perovskita puede reducir completamente la cantidad de plomo liberado al medio ambiente. Esta investigación promueve en gran medida las perspectivas de comercialización de las células solares de perovskita.
El profesor Ya Bingqi, que dirigió el estudio (publicado en la revista Nature Energy) y jefe del Grupo de Investigación de Materiales Energéticos y Ciencias de la Superficie, dijo: "Aunque las células solares de perovskita pueden ser de bajo coste y muy eficientes, , convierten la luz solar en electricidad, pero contienen plomo, lo que plantea considerables problemas medioambientales."
"Aunque vale la pena explorar la llamada tecnología sin plomo, todavía no ha alcanzado el nivel de las soluciones basadas en plomo. Eficiencia y estabilidad Por lo tanto, encontrar una solución que pueda utilizar plomo en células solares de perovskita sin filtrarse al medio ambiente es un paso crítico en la comercialización de la tecnología.
Con el apoyo del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico. -of-Concept Project, el grupo de investigación del profesor Qi exploró por primera vez el método de empaquetado consistente en añadir una capa protectora a las células solares de perovskita para descubrir qué material puede prevenir mejor las fugas de plomo. Expusieron baterías empaquetadas en diferentes materiales a una variedad de entornos diseñados artificialmente para simular el clima que encontrarían las baterías en el mundo real.
Querían probar el rendimiento de las células solares en las condiciones climáticas más duras para encontrar la máxima fuga de plomo posible. Primero, lanzaron una gran bola contra una célula solar, simulando un clima extremo de granizo que podría dañar la estructura y provocar fugas. A continuación, vertieron agua ácida sobre las células solares para simular que el agua de lluvia podría transportar plomo filtrado al medio ambiente.
El equipo utilizó espectrometría de masas para analizar la lluvia ácida y determinar cuánto plomo se escapaba de las baterías. Descubrieron que la capa de epoxi lograba una fuga de plomo mínima, órdenes de magnitud menores que otros materiales.
El epoxi también funciona mejor en una variedad de condiciones climáticas. En estas condiciones climáticas, la luz solar, la lluvia y la temperatura se modifican para simular el entorno operativo de las células solares de perovskita. El epoxi supera a otros materiales de embalaje en todas las condiciones climáticas, incluidas las lluvias intensas.
Las buenas propiedades de la resina epoxi se deben a sus propiedades "autocurativas". Por ejemplo, después de que el granizo daña su estructura, el polímero cambia parcialmente su forma original cuando se calienta con la luz solar. Esto limita la cantidad de plomo que puede filtrarse desde el interior de la batería. Esta propiedad de autocuración hace que la resina epoxi sea una opción importante para la capa de encapsulación de futuros productos fotovoltaicos.
Futuro
El profesor Qi explicó: "Si bien otros polímeros autorreparables pueden ser mejores, el epoxi es sin duda un fuerte candidato. Por el momento, estamos felices de elevar los estándares para el industria fotovoltaica y discutir la seguridad de esta tecnología. A continuación, basándonos en estos datos, determinaremos qué polímero es mejor".
Además de las fugas de plomo, otro desafío es actualizar las células solares de perovskita a paneles solares de perovskita. . Las celdas tienen sólo unos pocos centímetros de largo, pero los paneles pueden abarcar varios metros, lo que los hace más valiosos para los consumidores potenciales. El equipo también se centrará en los desafíos a largo plazo del almacenamiento de energía renovable.
Datos de referencia
1 Yan Jiang, Qiu Longbin, Emilio J. Juarez-Perez, Luis K. Ono, Hu, Liu, Wu Zhifang, Meng Lingqiang, Wang y Qi Yabing. Reducción de las fugas de plomo de módulos solares de perovskita de haluro de plomo dañados mediante encapsulación a base de polímeros autorreparables. Energía natural, 2019; DOI:10.1038/s 41560-019-0406-2
2 https://www oist jp/news-center/press-releases/% E2 % 80% 9c self. -curación % E2 % 80% 9D-polímero-bries-perovskita tecnología solar-mercado-más cercano