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La cafeína aporta energía solar a las células solares

Sara Rada | 03 de mayo de 2019

Cafeína. / RR SS.
Cafeína. / RR SS.

Los científicos han descubierto que la cafeína puede ayudar a que una alternativa prometedora a las células solares tradicionales sea más eficiente para convertir la luz en electricidad.

Científicos de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) y Solargiga Energy en China han descubierto que la cafeína puede ayudar a que una alternativa prometedora a las células solares tradicionales sea más eficiente para convertir la luz en electricidad. Su investigación, publicada en la revista Joule, puede permitir que esta tecnología de energía renovable rentable compita en el mercado con células solares de silicio.

La idea comenzó como una broma sobre el café de la mañana. "Un día, mientras discutíamos las células solares de perovskita, nuestro colega Rui Wang dijo: 'Si necesitamos café para aumentar nuestra energía, ¿qué pasa con las perovskitas? ¿Necesitarían café para tener un mejor desempeño?' ",recuerda Jingjing Xue, un candidato a doctorado en El grupo de investigación del profesor Yang Yang en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UCLA.

El comentario directo llevó al equipo a recordar que la cafeína en el café es un compuesto alcaloide que contiene estructuras moleculares que podrían interactuar con los precursores de los materiales de perovskita, compuestos con una estructura de cristal particular que forman la capa de captación de luz en una clase de células solares. Los intentos anteriores para mejorar la estabilidad térmica de estas células solares han incluido mejorar la capa de perovskita mediante la introducción de compuestos como el dimetilsulfóxido, pero los investigadores han luchado para aumentar la eficiencia y la estabilidad a largo plazo de las células. Nadie había probado la cafeína.

Al darse cuenta de que podían estar en algo, el equipo dejó de lado su café y comenzó a investigar más. Agregaron cafeína a la capa de perovskita de cuarenta células solares y usaron espectroscopia infrarroja (que usa radiación infrarroja para identificar compuestos químicos) para determinar que la cafeína se había unido exitosamente con el material.

Al realizar otras pruebas de espectroscopia infrarroja, observaron que los grupos carbonilo (un átomo de carbono con enlace doble a un oxígeno) en la cafeína interactuaban con los iones de plomo en la capa para crear un "bloqueo molecular". Esta interacción aumentó la cantidad mínima de energía requerida para que reaccione la película de perovskita, aumentando la eficiencia de la célula solar del 17 por ciento a más del 20 por ciento. El bloqueo molecular continuó ocurriendo cuando se calentó el material, lo que podría ayudar a evitar que el calor rompa la capa.

"Nos sorprendieron los resultados", dice Wang, quien también es candidato a doctorado en el grupo de investigación de Yang en UCLA. "Durante nuestro primer intento de incorporar cafeína, nuestras células solares de perovskita ya alcanzaron casi la eficiencia más alta que obtuvimos en el documento".

Pero mientras la cafeína parece mejorar significativamente el rendimiento de las células que utilizan perovskita para absorber la luz solar, los investigadores no creen que sea útil para otros tipos de células solares. La estructura molecular única de la cafeína solo le permite interactuar con los precursores de perovskita, lo que puede dar a esta variedad de células solares una ventaja en el mercado. Las células solares de perovskita ya tienen la ventaja de ser más baratas y más flexibles que sus contrapartes de silicio. También son más fáciles de fabricar: las células de perovskita pueden fabricarse a partir de precursores basados ​​en soluciones en lugar de lingotes de cristal sólido. Con más investigación, Wang cree que la cafeína puede facilitar la producción a gran escala de células solares de perovskita.

"La cafeína puede ayudar a la perovskita a alcanzar una alta cristalinidad, defectos bajos y buena estabilidad", dice. "Esto significa que potencialmente puede desempeñar un papel en la producción escalable de células solares de perovskita".

Para continuar mejorando la eficiencia y la estabilidad de las células solares, el equipo planea investigar más a fondo la estructura química del material de perovskita incorporado en cafeína e identificar los mejores materiales de protección para las perovskitas.  @mundiario

 

 

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