La kesterita representa el fin del hidrógeno en el mundo y un paso más hacia la energía ilimitada.
Los dispositivos fotovoltaicos (PV) son productos capaces de transformar la luz solar en energía eléctrica, una herramienta que se expande cada vez más dado el contexto de transición energética en el que nos encontramos.
Con una popularidad en aumento, ingenieros de renovables de todo el mundo están trabajando para identificar materiales y procedimientos que podrían contribuir a reducir todavía más el costo de las tecnologías solares, al mismo tiempo que se incrementan aún más sus eficiencias de conversión de energía (PCE).
Kesterita: un material prometedor en busca de la energía ilimitada
En este contexto, destaca un material sumamente prometedor para el desarrollo de los dispositivos fotovoltaicos: la kesterita de banda prohibida ancha Cu2ZnSnS4 (CZTS). Se trata de un semiconductor que exhibe una enorme brecha de energía y, por lo tanto, podría absorber la luz de forma más eficiente.
A diferencia de lo que sucede con el silicio, que actualmente es el material principal usado para fabricar tecnología fotovoltaica, el CZTS no es un recurso tóxico y está compuesto por elementos abundantes en la Tierra. Por ende, podría emplearse para el desarrollo de células solares más sostenibles y asequibles.
Desafíos y soluciones
Pese a sus ventajas evidentes, las células solares CZTS hasta ahora han mostrado eficiencias mucho menores a las de silicio, con un máximo registrado del 11%.
Este rendimiento acotado radica en gran parte en un procedimiento denominado recombinación de portadores, que implica la recombinación de electrones y huecos fotogenerados antes de que puedan capturarse para producir electricidad.
Investigación y recocido de hidrógeno
Bajo estas circunstancias, un grupo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney analizó la posibilidad de mitigar los efectos de la recombinación de portadores en células solares de kesterita de banda prohibida empleando la técnica recocido de hidrógeno.
Publicaron un artículo en Nature Energy, donde mostraron que esta técnica podría contribuir a una mejora en la recolección de portadores de estas tecnologías solares, a través de la redistribución de oxígeno y sodio en las capas de CZTS.
“Nuestro trabajo se inspiró en la necesidad de identificar un material sostenible, de bajo costo y respetuoso con el medio ambiente para las tecnologías solares de próxima generación”, declaró Kaiwen Sun, autor principal del artículo, frente a Tech Xplore.
“CZTS es un candidato particularmente prometedor como la célula superior en las arquitecturas de células solares en tándem debido a su banda prohibida sintonizable, su estabilidad y el uso de elementos no tóxicos abundantes en la Tierra. Sin embargo, un desafío clave ha sido mejorar la eficiencia de la recolección de este material”, señaló Sun.
Beneficios del recocido de hidrógeno
El recocido de hidrógeno es una técnica que calienta dispositivos en una atmósfera cargada de hidrógeno. Para lograrlo, los investigadores desarrollaron un sistema simple y escalable para recocer.
“El hidrógeno desempeña un papel crucial en nuestro método, al redistribuir el sodio dentro del material y pasivar los defectos, particularmente cerca de la superficie del absorbente. Este proceso mejora significativamente el transporte y la recolección de los transportistas, factores clave para lograr dispositivos de alto rendimiento”, aclaró Sun.
Al mejorar estas propiedades, nuestro enfoque fortalece la posición de CZTS como un material de celda superior práctico y rentable en las células solares en tándem, capaz de emparejarse de manera eficiente con el silicio para una utilización más amplia del espectro solar.
El futuro de la energía ilimitada
Como parte del trabajo, Sun y el resto de los especialistas utilizaron un mecanismo de recocido de hidrógeno propuesto a una célula solar CZTS sin cadmio. Así descubrieron que esta perspectiva impulsó considerablemente la célula solar, alcanzando una nueva eficiencia récord del 11,4%.
La kesterita marca el fin del hidrógeno en el mundo y de los paneles solares convencionales, el paso que nos faltaba para alcanzar la energía infinita. La misma energía infinita que se trata de rozar con el Santo Grial de Estados Unidos.
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