Un grupo de investigación del Centro de Ciencias Físicas y Tecnológicas (FTMC, Lituania), junto con colaboradores de la Universidad de Tecnología de Tallin (Estonia), se propuso sintetizar un nuevo material que, potencialmente, podría complementar las tecnologías de células solares de silicio y aumentar la eficiencia general de los módulos solares.
El aumento de los precios de la energía ha resultado en un rápido crecimiento del sector de energía renovable. Con un despliegue cada vez mayor de parques solares, mejorar la eficiencia de los paneles solares es un paso de desarrollo esencial para producir más energía en la misma área.
Las mejores tecnologías de células solares que se encuentran en los tejados solo pueden convertir la cuarta parte de la energía total del sol en electricidad. La eficiencia de las células solares se puede mejorar al combinar diferentes tecnologías para crear un dispositivo conocido como célula solar multiconexión. Teóricamente, dicho dispositivo puede convertir casi la mitad de la energía solar en electricidad. Sin embargo, las tecnologías de células solares multiconexión son más complicadas en términos de producción, ya que requieren la adopción de nuevos materiales y procesos al mismo tiempo que se tienen en cuenta los aspectos de coste y sostenibilidad.
La investigación del equipo se centra en semiconductores con una estructura química típica de los materiales de tipo perovskita: ABX3. En lugar de oxígeno o halógenos, exploran compuestos donde X es azufre/selenio y A y B son metales abundantes y no tóxicos. El trabajo se ha publicado en el Journal of Materials Chemistry A.
Utilizando un método de reacción en estado sólido, los investigadores sintetizaron por primera vez un nuevo material –el seleniuro de titanio de circonio estaño– y descubrieron que la aleación Sn(ZrxTi1-x)Se3 era la más prometedora para aplicaciones fotovoltaicas.
El cambio en la estructura cristalina de la aleación Sn(ZrxTi1-x)Se3 no se produjo al introducir titanio con una concentración de hasta el 44%, pero sí tuvo un profundo efecto en las propiedades ópticas y eléctricas del material. A mayor concentración de titanio, más se desplazó el borde de absorción de Sn(ZrxTi1-x)Se3 hacia la región del espectro infrarrojo de longitud de onda corta.
Los semiconductores Sn(ZrxTi1-x)Se3 sintetizados con una alta concentración de titanio pueden absorber la luz infrarroja de longitud de onda corta y convertirla en energía adicional, aumentando así la eficiencia general del dispositivo multiconexión basado en Si.
Además, los autores descubrieron que la introducción de titanio en las aleaciones Sn(ZrxTi1-x)Se3 incrementaba significativamente el coeficiente de absorción. Los materiales con un alto coeficiente de absorción son deseables para las células solares, ya que incluso una capa muy delgada, 20 veces más delgada que un cabello, es suficiente para absorber toda la luz entrante del sol.
Este trabajo es el primer paso para el desarrollo de nuevos materiales sostenibles con un alto potencial para la aplicación en células solares multiconexión en la región infrarroja. El próximo hito de esta tecnología es la síntesis de una película delgada de Sn(ZrxTi1-x)Se3, lo que permitirá la fabricación y prueba del dispositivo solar.
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