Cel·les solars
Una font d’energia renovable que transforma la llum en electricitat
Els fotons de llum alliberen electrons dels àtoms, que es mouen a la capa tipus p i deixen “buits” darrere que seran omplerts per un altre electró.
Quan les capes de tipus n i de tipus p estan connectades amb un cable metàl·lic, els electrons de la capa de tipus p tornen a la capa tipus n. Els electrons es mouen d’una capa a una altra, ocupant i alliberant buits, el que genera un flux d’electricitat.
Una font d’energia renovable
Les cel·les solars o fotovoltaiques són dispositius que transformen la llum en electricitat. Per a això, utilitzen capes de diferents materials, amb un material central (un semiconductor) que absorbeix la llum i inicia un procés físic-químic per produir electricitat.
Dins d’una cel·la solar
Les cel·les solars o fotovoltaiques estan formades per capes de diferents materials. La capa central és un material semiconductor que absorbeix la llum i inicia un procés físic-químic per produir electricitat.
L’estructura d’una cel·la solar està formada per una capa de silici tipus n, col·locada al costat d’una capa de silici tipus p. A la capa tipus n hi ha un excés d’electrons i en la capa tipus p hi ha un excés de forats carregats positivament (vacants per falta d’electrons de valència). A prop de la unió de les dues capes, els electrons d’un costat de la unió (capa tipus n) es mouen cap els forats de l’altre costat de la unió (capa tipus p). Això crea una àrea al voltant de la unió, anomenada zona d’esgotament, en la qual els electrons omplen els buits.
Quan tots els forats estan plens d’electrons a la zona d’esgotament, el costat tipus p de la zona d’esgotament (on els forats eren presents inicialment) ara conté ions carregats negativament, i el costat tipus n de la zona d’esgotament ( on estaven presents els electrons) ara conté ions carregats positivament. La presència d’aquests ions amb càrrega oposada crea un camp elèctric intern que evita que els electrons en la capa tipus n omplin els forats en la capa tipus p.
Quan la llum solar incideix en una cel·la solar, s’expulsen electrons en el silici, el que dóna com a resultat la formació de “forats”, és a dir, els buits que deixen els electrons que escapen. Si això succeeix en el camp elèctric, el camp mourà electrons a la capa tipus n i forats a la capa tipus p. Si connecta les capes tipus ni tipus p amb un cable metàl·lic, els electrons viatjaran des de la capa tipus n a la capa tipus p creuant la zona d’esgotament i després passaran pel cable extern que es troba darrere de la capa n, creant un flux de electricitat.
Marge de millora
Tradicionalment, la capa central de les cel·les solars estava impregnada amb silici, però ara s’estan investigant nous tipus de materials, com les peroviskitas. En els últims anys, els científics estan investigant com utilitzar aquest material per construir panells solars més barats i eficients. Les perovskitas van ser descobertes a Rússia al segle XVIII, i és un material barat, abundant i excel·lent per absorbir i emetre llum. A més, té el potencial per canviar la dinàmica i l’economia de l’energia solar.
Les cel·les solars de perovskita són un tipus de cel·les solars que contenen un compost estructurat de perovskita,sovint un material híbrid orgànic-inorgànic basat en halurs de plom o estany, com a capa activa per absorbir la llum. Els materials de perovskita són barats i fàcils de produir. Les cel·les de perovskita són actualment una teconologia solar que està avançant molt ràpidament. A més a més són atractives comercialment, ja que tenen el potencial d’arribar a una eficiència alta i els costos de producció són baixos.
Les cel·les solars sensibilitzades amb colorant són cel·les solars de baix cost que pertanyen al grup de cel·les solars de pel·lícula fina. Es basen en semiconductors amb un ànode fotosensible i un electròlit, un sistema electroquímic. Aquestes cel·les són fàcils de construir, usant tècniques convencionals d’impressió, són semiflexibles i semitransparents. Gràcies a això, tenen una gran varietat d’usos aplicables sobre vidre, a baix cost.
Quina és la contribució dels grups de recerca de l’ICIQ?
El grup del Prof. Palomares desenvolupa cel·les solars basades en perovskita, utilitzant elements abundants en la terra. El grup també aprofundeix en l’estudi de les reaccions de transferència de càrrega dins de les capes de la cel solar per comprendre millor el seu funcionament intern, ja que limiten l’eficiència de les cel·les solars actuals. A més, dissenyen sistemes inspirats en plantes que permetin absorbir i transformar la llum solar en energia química de manera més eficient.