Los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. han desarrollado una ventana inteligente que convierte la luz solar en electricidad mientras pasa de transparente a tinturada para minimizar el calor que ingresa a la estructura.
El cambio de color proviene de las moléculas (metilamina), que se expulsan del dispositivo de ventana cuando se exponen a la luz solar (transmitancia visible inferior al 3 %) y se absorben reversiblemente en el dispositivo, devolviendo la capa absorbente, que está compuesta de una perovskita de metilamina y haluro metálico, al estado transparente (68 % de transmitancia visible) a medida que el dispositivo se enfría nuevamente.
Los prototipos probados mostraron una eficiencia de conversión de energía solar de un 11,3 %.
“Existe una relación fundamental entre una buena ventana y una buena célula solar. Esta tecnología pasa por alto eso. Tenemos una buena célula solar cuando hay mucha luz solar y tenemos una buena ventana cuando no la hay “, dijo Lance Wheeler, autor principal del artículo, Switchable Photovoltaic Windows Enabled by Reversible Photothermal Complex Dissociation from Methylammonium Lead Iodide, publicado en la célebra revista científica Nature Communicatios.
Aunque, según Wheeler, la nueva tecnología tiene el potencial de integrarse en vehículos, edificios y más allá, la estabilidad del ciclo, sin embargo, aún necesita mejoras. En las pruebas bajo iluminación de 1 sol, el dispositivo de demostración de 1 centímetro cuadrado ha realizado ciclos repetidos de tintado transparente, pero el rendimiento disminuyó en el transcurso de 20 ciclos debido a la reestructuración de los problemas químicos de la capa intercambiable, lo que condujo a la degradación.
Un segundo trabajo científico, conducido por unos investigadores de la Universidad de Cambridge, actualmente basados en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU., ha arrojado más luz sobre los mecanismos moleculares poco conocidos entre los electrodos y el electrolito que se combinan para determinar cómo funciona una célula solar sensibilizada por colorante.
“La mayoría de los estudios previos han modelado la función molecular de estos electrodos de trabajo sin considerar los ingredientes electrolíticos”, dijo Jacqui Cole, directora del equipo de investigación. “Nuestro trabajo muestra que estos ingredientes químicos pueden influir claramente en el rendimiento de las células solares, por lo que ahora podemos utilizar este conocimiento para ajustar los iones para aumentar la eficiencia fotovoltaica”.
Los hallazgos de la investigación, publicados en la revista Nanoescale, indican cómo un electrodo de película delgada que contiene dióxido de titanio, un compuesto de origen natural que se encuentra en la pintura, protector solar y colorante de alimentos, puede tener un gran impacto en la eficiencia de la célula solar.
“La investigación previa consideró los electrodos de trabajo fuera del dispositivo, por lo que no ha habido una ruta para determinar cómo interactúan los diferentes componentes del dispositivo”, dijo Cole. “Nuestro trabajo significa un gran salto adelante ya que es el primer ejemplo del mundo en el cual se aplica reflectometría de neutrones in situ a células solares sensibilizadas por colorante”.
Recientemente, las células batieron un récord mundial con una eficiencia de conversión de energía del 14,3 % utilizando un electrodo teñido sensibilizado que presenta dos tintes orgánicos libres de metales co-sensibilizados. Estos tintes “prometen rutas sintéticas más económicas, más respetuosas con el medio ambiente y una mayor flexibilidad de diseño molecular que sus contrapartes que contienen metales”, según el documento.
“Solo necesitamos un aumento modesto en el rendimiento para hacer que estas células solares sean competitivas”, dijo Cole, “ya que la relación precio-rendimiento rige la economía de la industria de células solares. Y la fabricación de células solares sensibilizadas con tinte es muy barata en comparación con otras tecnologías de células solares”.
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