#41 joe, qué no has entendido lo de band gap directo o indirecto?
es muy fácil, imagínate dos jugadores de baloncesto, uno se llama band gap directo y mete todas las canastas limpias por el aro. El otro, Mr. Band gap indirecto las mete todas también, pero siempre necesita tirar primero a tablero. En condiciones optimas, digamos frente a frente a la canasta, los dos meten sin problema. En condiciones no óptimas (amanecer o atardecer), en nuestro simil, cuando hay que tirar muy escorado respecto a la canasta, el jugador que tira al aro sigue metiendolas igual de bien, sin embargo, el jugador que necesita el tablero fallará muchas o incluso no metería ninguna.
#9 Creo que no. Mono o poli no influye en este caso, tú quieres decir realmente que el material fotovoltaico es de band gap directo.
Las de silicio, ya sean mono- o policristalinas, son de band gap indirecto, se necesita un buen tocho de material para aumentar la probalidad de conversión de fotones en pares electrón-hueco, por lo mismo que a bajas iluminaciones simplemente no funcionan.
En contraste, las celdas fotovoltaicas con material activo de band gap directo, necesitan de mucho menos material (espesor, no area) para producir potencia eléctrica y son capaces de funcionar con muy baja iluminación (incluso con luz de interiores funcionan).
Aunque el artículo no lo dice, seguramente están usando celdas de CdTe o de GaAs. Celdas que se suelen usar en satélites.
#40
la de la imagen es la perovskita pura de metilamonio (la parte orgánica CH3NH3+) y pura de yoduro (todos los octaedros son PbI3-).
Con esta perovskita se descubrió por 2009 que estos materiales eran buenos materiales fotovoltaicos. Desde hace unos 4/5 años se usan mezclas, la posición de la parte orgánica suele tener alto contenido de formamidinio (otro catión orgánico de C y N), menos metilamonio y un pelín de cesio. Para la posición X, y más en este caso que juegan a ajustar bien el bandgap, suele ser mezclas de I, Br y Cl. Siendo el yoduro el mayoritario.
no sé si de este record de OxfordPV hay ya publicación, pero hace unas dos semanas unos alemanes publicaron una tandem de "> 29%"
Usaron perovskita que contiene
Cs0.05(FA0.77MA0.23)0.95Pb(I0.77Br0.23)3
siendo FA y MA el formamidinio y el metilamonio, respectivamente.
#24 Por su alto contenido en plomo son peligrosas y contaminantes. Pero que sea el plomo y no otro metal extraido de una mina también tiene sus ventajas:
- El plomo es probablemente la sustancia más reciclada del planeta, más que el papel, plástico, alumino o vidrio. Tiene mucho valor, no en vano todos llevamos unos 10/12 kg de plomo en la batería del coche. Las celdas de perovskita tendrán que ser incluidas en este circuito de reciclaje ya preexistente y abrazar todo lo relativo a la economía circular.
- si una celda tiene una brecha y comienza a perder plomo, el material pasa de un color oscuro a uno amarillento. Se estropean rapidamente (cuestión de minutos o segundos) dando eficiencia 0%, pudiendo ser a su vez identificadas a simple vista para su reemplazo.
En definitiva, se necesita examinar todo los procesos involucrados en la fabricación y reciclado de estos dispositivos. No vale fijarse solo en la toxicidad de la composición química del material activo e ignorar como llegaron allí esos semiconductores y que pasará después cuando finalice el tiempo de vida del dispositivo.
#24 como factores extrínsecos les afecta tanto la humedad como el oxígeno, parece que de forma más irreversible este último. Y como bien dices, este problema tiene solución sencilla con un buen encapsulamiento. Sin embargo, a este material posiblemente también lo degrade la temperatura (las celdas deberían poder resistir 60-70 ºC durante unas horas extrayendo electricidad en el óptimo ).
#15 las placas para investigación se suelen fabricar con poca area activa por temas económicos, para probar más cosas en el mismo espacio. Si el material activo de la celda es monocristalino, el cambio de escala influye muy poco. En cambio, las celdas de perovskita suelen ser tipo thin-film y están encontrando que escalar más allá de 1 cm2 tiene problemas a la hora de para mantener la alta eficiencia (> 20%). Esto es debido a que a medida que haces el area activa más grande, es más probable introducir defectos en la capa activa que deterioran la alta eficiencia.
#18 hay muchos tipos de paneles comerciales que pueden ser distuinguidos por el tipo de material "light harvester" que usan. Por ejemplo, ese 18% es la eficiencia típica del silicio monocristalino, estos paneles usan directamente y salvando las diferencias, la misma oblea de silicio que se usa para fabricar los microchips. Son caretes esos paneles, pero los hay mas caros de CdTe por ejemplo que tiene eficiencias por encima de 20%. Luego están las de silicio policristalino, en España los puedes ver en luces, alumbrado de tráfico etc y se distinguen de los primeros a simple vista porque puedes ver que el modulo está hecho como de trocines y cachos de cristal. Estos son los paneles de policristalino y son muy baratos pero también dan una eficiencia más baja, sobre el 12 %.
#8 toda la razón, la pelota está en el tejado del almacenamiento, la generación de electricidad casi se podría considerar resuelta con la fotovoltaica de silicio.
#6 es la termodinámica, amigo. Un material extraordinariamente sencillo de sintetizar es también sencillo de degradar. Es el peaje que hay que pagar para evitar los 1500 grados centígrados que necesitas para producir el Silicio puro fotovoltaico.
No me hagas mucho caso pero creo que mineral es cuando el material lo puedes encontrar en la naturaleza. Esta perovskita (perovskita es la estructura) es un compuesto híbrido con una red inorgánica de plomo y yodo y un cation orgánico metido por ahí en medio en los huecos.
#5 a todas luces serían la tecnología fotovoltaica más barata, hay ya varios estudios en los que se muestra que el tiempo que necesitaría la celda de perovskita en devolver la energía invertida en fabricarla estaría alrededor de los seis meses. Para poner en contexto esta cifra, las primeras celdas fotovoltaicas que se hacían de silicio en los 60/70 tenían esta tasa de retorno por encima de los cuarenta años, mucho más que su tiempo de vida estimado. O en otras palabras, la celda nunca sería capaz de devolver la energía que se invirtió en fabricarla.
#4 no es mucho? ese 12.6% certificado ya le tose en la nuca a las de silicio policristalino. Además, al ser la perovskita de band gap directo (como las GaAs, CdTe) se aprovecha mucho más en condiciones de luz difusa donde las celdas de Si (band gap indirecto) no rinden tan bien.
#36 buff, menudo psicodrama hay con esto. Encima la solución aparente que es reemplazar el Pb por su inmediato inferior en el mismo grupo, el Sn, los últimos estudios dicen que en combinación con halógenos puede ser tan perjudicial como lo es el plomo. Y es que hasta hace muy poco no había estudios de toxicidad exhaustivos sobre el estaño.
Por otro lado, industrialmente estamos acostumbrados a manejar cantidades brutales de plomo (las baterías de coche por ejemplo y sus 12 kg de plomo de media) y reciclarlas en mayor medida. Con 1 gramo de Pb se puede hacer un 1 m2 de celda de perovskita aproximadamente. Es una capa muy fina la que se coloca de perovskita, unas 0.5 micras. Además, tiene la ventaja la perovskita, que una vez mojada o en contacto con el oxígeno cambia de color y la celda deja de funcionar. O dicho de otra forma, no es posible tener celdas con pérdidas de plomo por leaching y que a la vez esa celda funcione. Entonces la idea sería reemplazar la celda rota devolviéndola claro a un punto limpio especial. Si se quiere se puede hacer bien.
#25 Buen comentario en general, pero te hago un par de aclaraciones.
2800 horas al año de sol en Andalucía en principio me parecen pocas, ten en cuenta que hay casi 9000 horas al año, si decimos que hay sol durante 12 horas al día a mi me salen 4380 horas. Obviamente, solo durante una porción de esas 4380 horas el sol está a topetazo y está aprovechable, más si hablamos de celda de silicio. Y aquí es cuando empiezan las diferencias:
1) las celda solar de silicio (band gap indirecto) no es tan buena como una celda de band gap directo como la perovskita a la hora de aprovechar la luz difusa. El amanecer, el atardecer, los días nublados, en esas horas tontas el rendimiendo de las de silicio se va a la mierda pero las de perovskita todavía dan una eficiencia respetable.
2) normalmente a la hora de comparar "rentabilidad" entre distintas tecnologías de celda solar, sin usar el dinero como factor, se usan dos parámetros; A) cuanto tiempo tarda la celda en devolver la energía que se gastó en fabricarla y B) cuantas veces es capaz de devolverla. En principio se espera que el parámetro A sea lo más bajo posible y el parámetro B sea lo más alto posible. Para el parámetro A hay ya estimaciones que para la celda de perovskita es unas 6 veces menor. Teniendo en cuenta que las celdas de silicio llevan ya entre nosotros unos 40 años, los métodos de fabricación han mejorado mucho, de memoria te digo que una unidad de área de la celda de silicio tarda unos 4 años en devolver la energía y se espera que sea capaz de hacerlo unas 4-5 veces durante su tiempo de vida estimado (unos 20 años). Como anécdota te digo que las primeras de silicio que se fabricaron no eran capaces de devolver la energía que usaron pra fabricarlas pero eso ahora ya se superó. En el caso de la perovskita el parámetro A se estima en unos 5-6 meses. La gran duda de esta tecnología es (y sigue siendo a pesar del artículo) durante cuanto tiempo podrá hacer eso, o lo que es lo mismo cual es su tiempo… » ver todo el comentario
#1 Hola, quería matizar alguna cosa en tu comentario.
El grupo de Juan Bisquert específicamente, más que en su desarrollo (que también) es pionero en la caracterización de las celdas. Algo muy importante para avanzar esa tecnología. No suelen sintetizar desde cero nuevos materiales orgánicos activos, pero si aparece uno nuevo, más tarde o temprano una celda será caracterizada con su método en sus laboratorios o en otros siguiéndolo.
Es cierto que estos materiales orgánicos usados en celdas orgánicas fotovoltaicas no son comerciales en esa aplicación (generar electricidad aplicando luz) Tienen muy baja eficiencia comparada con el Si (aunque la cosa va mejorando poco a poco). Pero materiales similares (o idénticos) haciendo la función inversa (generar luz aplicando electricidad) si que son comerciales, y con mucho éxito parece ser. es.wikipedia.org/wiki/Diodo_orgánico_de_emisión_de_luz
La idea de menos tóxicos viene más que nada por usar disolvente no halogenados en su deposición. Es difícil sustituir los disolventes halogenados por otros menos tóxicos porque estos desempeñan muy bien su trabajo. Pero es algo importante a tener en cuenta si se fabricaran a gran escala estos dispositivos.
Y efectivamente, el silicio y la plata son cero en toxicidad. El problema es que el universo no los regala así, listos para usarse en placas fotovoltaicas. Hay que purificarlos, y la mierda que sueltan y la mierda que necesitan para llevar a cabo el proceso de purificación quizás también habría que considerarlas a la hora de calificarlos como cero en toxicidad.
1) 1 m2 de esta celda fotovoltaica necesitaría aproximadamente unos 2 gramos de material activo de perovskita MAPbI3 la cual contiene un 33.42% en peso de Pb. Esto es, unos 0.66 g de Pb por m2 de celda fotovoltaica. Desconozco cuanto Pb tienen estas baterías, pero pesan bastante, unos 4-5 kg? de Pb, óxido de Pb y ácido. Si la conversión a PbI2 o PbCl2 tiene un buen rendimiento se pueden sacar muchos metros cuadrados de superficie activa.
2) los tomates: el parámetro más importante de una tecnología para hacer celdas fotovoltaicas es cuantas horas tarda en devolver 1 m2 de superficie de celda, la energía que se invirtió en hacerla. En la más antiguas de silicio (años 60) este parámetro rondaba los 20 años, un valor muy próximo a su vida util, en las thin film ese parámetro está ya por los seis meses y entonces es cuando entra en juego el segundo parámetro más importante de una tecnología para hacer celdas fotovoltaicas: cuanto vale el material activo. En éstas de perovskita ese segundo parámetro es imbatible. El artículo de esta gente del MIT viene a reforzar esta idea.
3) La noticia menciona que estas celdas tienen ya un rendimiento del 19%. Eso es falso, hasta ahora, la eficiencia certificada de una celda de laboratorio de este tipo es del 17.9% (en este link vienen las eficiencias que certifica NREL www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg ). En el gráfico se puede ver como esta tecnología a dejado totalmente obsoleta a las celdas de dye, las orgánicas, ... toda la fotovoltaica emergente ha sido vapuleada en cuestión de dos años por ésta de la perovskita. El record del 19% viene de un señor que en una conferencia dijo que ya sacó un 19.3% pero que los de NREL tienen problemas para certificar su celda (ejem).
4) El problema de la estabilidad y la mala fama del Pb. El gran problema de estas capas activas es que se degradan muy fácilmente con la humedad, UV y posiblemente con el oxígeno. De fabricarlas comercialmente el coste del encapsulado y… » ver todo el comentario
#30 No, es producir H2 para producir metano desde CO2, quemar este metano y volver a producir CO2 y así ad infinitum.
La solución ideal sería usar H2 directamente, pero ésto tiene unos sobrecostes comparado con almacenar/transportar metano(goto #23). En serio, estos científicos suizos saben lo que hacen, las ventajas de convertir a metanos son considerables.
#4#6 El problema es que el almacenamiento o transporte "clásico" de gases aplicado al H2 dispara los costes a un nivel muchísimo más elevado que cualquier otro gas combustible como el metano. Tampoco tenemos ningún problema en tener botellas de butano en nuestras casas o forrar las calles con tuberías de gas natural, sin embargo el hidrógeno por sus características, no es simplemente otro gas, es otro deporte. De ahí los esfuerzos en convertirlo en cualquier otra cosa (metano en este caso) que no sea esa molécula tan pequeña que es capaz de difundirse a través del metal.
Si además le sumas que el proceso utiliza un residuo de la combustión como el CO2, y en lugar de tener que comprarle la cuota de emisión a un país tercermundista eres capaz de reaprovecharlo en parte, ¿qué más quieres?.
Existe una regla, si el rendimiento del proceso investigado es mayor que el de elevar agua con el excedente de electricidad para obtener energía potencial, el proceso merece ser investigado. No habrá nada más simple/barato/y de más bajo rendimiento que ese proceso para aprovechar el excedente de la fotovoltaica o la eólica.
Es más, con los avances que se están haciendo ahora en placas fotovoltaicas baratas, por ejemplo www.meneame.net/story/grafeno-feat-perovskita (ahora ya hasta con grafeno, no te lo pierdas), en un escenario donde cada uno en su casa se genera la electricidad, esta solución para el almacenamiento del excedente podría ser escalable a estos niveles (siempre que haya CO2 u otra cosa a reducir disponible de forma abundante).
#3 La verdad es que la nota deja bastante que desear y los datos más relevantes como la eficiencia los omite. Y eso que es una web específica de noticias de ciencia y no generalista.
Por ejemplo, en la fotografía que acompaña al texto se muestra un substrato flexible, pero en el artículo
solo se trabaja con sustratos de vidrio.
Voy a intentar aclarar algunas dudas que han surgido en el hilo de comentarios y seguramente yo también deje bastante que desear en mi forma de expresarme por escrito, así que perdón por adelantado.
Si alguien necesita ver la referencia original, la podéis conseguir a través de Library Genesis gen.lib.rus.ec/
#2 Esta perovskita empieza a absorber a partir de los 790 nm, una capa suficientemente tocha solo dejaría pasar luz más allá de esta longitud de onda, esto es, solamente infrarrojo y no verías nada a través de ella. El material activo de una celda fotovoltaica, cuanta más luz absorba mejor, pero hasta cierto límite. Normalmente, los excitones que se generan tienen una determinada longitud de difusión, si la capa de perovskita es demasiado ancha estos excitones recombinarían. De tal forma que existe un espesor óptimo de material que capta suficientemente luz y a su vez permite que suficientes excitones foto-generados alcancen los extremos del material para ser extraídos como electrones y como huecos. En el caso de la perovskita del artículo esta capa es de 285 nm, este espesor es lo suficientemente fino como para que puedas ver a través de la celda. En la referencia hay una fotografía de una celda en la que puedes ver este detalle, esta fotografía es la que realmente debería acompañar la nota informativa.
#4#7#14 Esta perovskita empieza a generar foto-corriente desde los ~ 300 nm hasta los 790 nm aproximadamente. Se come tanto el uv cercano, el visible y parte de infrarrojo. Es muy buena por esto, pocos materiales absorben tanta longitud de onda del sol con átomos tan baratos.
es muy fácil, imagínate dos jugadores de baloncesto, uno se llama band gap directo y mete todas las canastas limpias por el aro. El otro, Mr. Band gap indirecto las mete todas también, pero siempre necesita tirar primero a tablero. En condiciones optimas, digamos frente a frente a la canasta, los dos meten sin problema. En condiciones no óptimas (amanecer o atardecer), en nuestro simil, cuando hay que tirar muy escorado respecto a la canasta, el jugador que tira al aro sigue metiendolas igual de bien, sin embargo, el jugador que necesita el tablero fallará muchas o incluso no metería ninguna.