Els investigadors desenvolupen una tècnica nova utilitzant grafeno per crear cèl·lules solars que poden muntar en superfícies que van des del vidre fins al plàstic, fins al paper i la cinta.
Imagini un futur en el qual les cèl·lules solars estiguin al nostre al voltant: en finestres i parets, telèfons cel·lulars, computadores portàtils i més.
Una nova cèl·lula solar flexible i transparent desenvolupada en el MIT està acostant aquest futur un pas més.
El dispositiu combina materials orgànics (que contenen carboni) de baix cost amb elèctrodes de grafeno, un material flexible i transparent fet de fonts de carboni econòmiques i abundants.
Aquest avanç a la tecnologia solar va ser possible gràcies a un nou mètode per dipositar una capa de grafeno d’un àtom de grossor en la cèl·lula solar, sense danyar els materials orgànics sensibles.
Fins ara, els desenvolupadors de cèl·lules solars transparents generalment han depès d’elèctrodes cars i fràgils que tendeixen a esquerdar-se quan el dispositiu es flexiona.
La capacitat d’usar grafeno en canvi està possibilitant cèl·lules solars veritablement flexibles, de baix cost i transparents que poden convertir virtualment qualsevol superfície en una font d’energia elèctrica.
Les cèl·lules solars fotovoltaiques fetes de compostos orgànics oferirien una varietat d’avantatges sobre les cèl·lules solars de silici inorgànic actuals.
Serien més barats i més fàcils de fabricar. Serien lleugers i flexibles en lloc de pesats, rígids i fràgils, per la qual cosa serien més fàcils de transportar, fins i tot a regions remotes sense xarxa elèctrica central.
I podrien ser transparents. Molts materials orgànics absorbeixen els components ultraviolat i infraroig de la llum solar, però transmeten la part visible que els nostres ulls poden detectar
Per tant, les cèl·lules solars orgàniques podrien muntar-se en les superfícies que ens envolten i recol·lectar energia sense que les notem.
Els investigadors han aconseguit avanços significatius durant l’última dècada en el desenvolupament de cèl·lules solars orgàniques transparents. Però es van trobar amb un obstacle persistent: trobar materials adequats per als elèctrodes que porten el corrent fora de la cel·la.
Desafiaments de grafeno
Dos problemes clau han ralentit l’adopció majorista d’elèctrodes de grafeno. El primer problema és dipositar els elèctrodes de grafeno en la cèl·lula solar.
La majoria de les cèl·lules solars estan construïdes sobre substrats tals com a vidre o plàstic. L’elèctrode inferior de grafeno es diposita directament sobre aquest substrat, una tasca que es pot aconseguir mitjançant processos que involucren aigua, solvents i calor.
Les altres capes s’agreguen després, acabant amb l’elèctrode superior de grafeno. Però posar aquest elèctrode superior sobre la superfície de la trucada capa de transport d’orificis (HTL)és complicat.
“El HTL es dissol en l’aigua, i els materials orgànics just sota ell són sensibles a gairebé qualsevol cosa, inclosos l’aigua, els solvents i la calor”.
El segon problema amb l’ús de grafeno és que els dos elèctrodes necessiten exercir diferents rols. La facilitat amb la qual un material donat allibera electrons és una propietat del conjunt anomenada la seva funció de treball.
Però en la cèl·lula solar, solament un dels elèctrodes hauria de permetre que els electrons flueixin amb facilitat. Com a resultat, tenir tots dos elèctrodes fets de grafeno requeriria canviar la funció de treball d’un d’ells perquè els electrons sàpiguen cap a on anar, i canviar la funció de treball de qualsevol material no és senzill.