La cafeína da a las células solares un impulso de energía

La idea comenzó como una broma durante el café de la mañana

29.04.2019 - Estados Unidos

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

La idea comenzó como una broma durante el café de la mañana. Un día, mientras discutíamos sobre las células solares perovskitas, nuestro colega Rui Wang dijo:"Si necesitamos café para aumentar nuestra energía, ¿qué hay de las perovskitas? Jingjing Xue, candidato al doctorado en el grupo de investigación del profesor Yang Yang en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UCLA, recuerda que"necesitarían café para rendir mejor".

El comentario de improviso 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 cristalina particular que forman la capa cosechadora de luz en una clase de células solares. Los intentos anteriores de mejorar la estabilidad térmica de estas células solares han incluido la mejora de la capa de perovskita mediante la introducción de compuestos como el dimetilsulfóxido, pero los investigadores han tenido dificultades para aumentar la eficiencia y la estabilidad a largo plazo de las células. Nadie había probado la cafeína.

Al darse cuenta de que podrían estar detrás de algo, el equipo dejó a un lado su café y comenzó a investigar más a fondo. Añadieron cafeína a la capa perovskita de cuarenta células solares y utilizaron espectroscopia infrarroja para determinar que la cafeína se había adherido con éxito al material.

Realizando más pruebas de espectroscopia infrarroja, observaron que los grupos carbonilos de la cafeína interactuaban con los iones de plomo de la capa para crear un "bloqueo molecular". Esta interacción aumentó la cantidad mínima de energía requerida para que la película perovskita reaccione, aumentando la eficiencia de la célula solar del 17 por ciento a más del 20 por ciento. El bloqueo molecular continuó ocurriendo cuando el material fue calentado, lo que podría ayudar a prevenir que el calor descomponga 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 perovskitas ya alcanzaron casi la mayor eficiencia que logramos en el papel."

Pero aunque 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 sólo le permite interactuar con los precursores de la perovskita, lo que puede dar a esta variedad de células solares una ventaja en el mercado. Las células solares perovskitas ya tienen la ventaja de ser más baratas y flexibles que las 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 perovskitas.

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

Con el fin de continuar mejorando la eficiencia y estabilidad de las células solares, el equipo planea investigar más a fondo la estructura química del material perovskita incorporado con cafeína e identificar los mejores materiales protectores para las perovskitas.

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