Drones alimentados con células fotovoltaicas de perovskita ultrafinas y flexibles

Desarrollo de células solares de perovskita ultradelgadas para drones autónomos

Un equipo de la Universidad Johannes Kepler de Linz (Austria) ha desarrollado células solares de perovskita de haluro de plomo de menos de 2,5 μm de grosor con una densidad de potencia fotovoltaica específica campeona de 44 W/g, y un rendimiento medio de 41 W/g, que pudieron integrar en módulos para alimentar drones tipo cuadricóptero del tamaño de la palma de la mano.

La tecnología mostró unos resultados de estabilidad prometedores en varias pruebas estándar, así como un potencial de captación de energía suficiente para recargar las baterías del vehículo. Los detalles de su investigación aparecen en “Flexible quasi-2D perovskite solar cells with high specific power and improved stability for energy-autonomous drones“, publicado en Nature Energy.

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados:

• ODS 7: Energía asequible y no contaminante
• ODS 9: Industria, innovación e infraestructura
• ODS 11: Ciudades y comunidades sostenibles
• ODS 13: Acción por el clima

El módulo fotovoltaico de gran superficie del estudio, que medía 24 cm2, permitía el funcionamiento autónomo del dron que se extendía “más allá de lo que es posible con una sola carga de batería, eliminando al mismo tiempo la necesidad de acoplamiento, carga anclada u otras formas de intervención humana”. Los módulos solares de perovskita sólo representaban 1/400 del peso total del dron.

El grupo probó varias combinaciones de yoduro de alfa-metilbencil-amonio (MBA) en la capa superior absorbente de perovskita, con PEDOT:PSS combinando las funciones de transporte de huecos y electrodo. Según los investigadores, la mayor duración de las distintas formulaciones de MBA incluía cesio (Cs), lo que indica “una reducción de las vías de recombinación no radiativa debida a la presencia de MBA y Cs”.

El sustrato era una lámina de polímero “ultrafina” y transparente sin óxido conductor de 1,4μm de grosor recubierta con una capa de óxido de aluminio de 100 nm. Servía de “barrera” contra la humedad y los gases.

“Este tipo de dispositivo no tiene espacio para los métodos de encapsulación típicos, que son demasiado gruesos. En su lugar, el equipo se basó en la formación de cristales grandes y voluminosos de la capa superior de perovskita MBA para pasivar eficazmente la superficie, y para el sustrato, la capa de óxido de aluminio aplicada con la herramienta de deposición de capas atómicas (ALD) sirve para proteger de las condiciones externas, pero sin dejar de ser ligera y flexible”, explicó a pv magazine el líder de la investigación, Martin Kaltenbrunner.

De hecho, el artículo señala, por ejemplo, que la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) del “sustrato ultrafino recubierto se midió en un 35% menos” en comparación con los diseños de referencia, que eran dispositivos de yoduro de metilamonio y plomo (MAPbI3).

Otras características de la célula de perovskita son una capa de transporte de electrones hecha de éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM) con una capa intermedia de óxido de titanio, y un contacto metálico superior, que el grupo señaló que podría estar hecho indistintamente de oro, o cromo/oro, o aluminio de bajo coste.

“En nuestra investigación sobre la perovskita solar es importante utilizar precursores que se sinteticen en el menor número de pasos posible. Una síntesis sencilla es clave porque queremos que la tecnología sea escalable y mantener bajo control los costes de producción del material”, afirma Kaltenbrunner.

De la célula al módulo

La célula solar de perovskita de área reducida del estudio medía 0,1 cm2 con un circuito abierto de 1,13 V, una densidad de corriente de cortocircuito de 21,6 mA cm-2, un factor de llenado del 74,3% y una eficiencia de conversión de potencia del 18,1%. Las células campeonas alcanzaron una tensión en circuito abierto de 1,15 V, un factor de llenado del 78% y una eficiencia del 20,1%.

El dispositivo más grande tenía un área activa de 1,0 cm2, con una tensión media en circuito abierto de 1,11 V, una densidad de cortocircuito de 20,0 mA cm-2, un factor de llenado del 65,9% y una eficiencia del 14,7%. El dispositivo campeón alcanzó una eficiencia del 16,3%, declaró el equipo de investigación.

El módulo para alimentar el dron tenía 24 células solares interconectadas de 1 cm2. El dron híbrido de energía solar autónomo, de tipo cuadricóptero y disponible en el mercado, pes

Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados

• ODS 7: Energía asequible y no contaminante
• ODS 9: Industria, innovación e infraestructura
• ODS 11: Ciudades y comunidades sostenibles
• ODS 13: Acción por el clima

Metas específicas de los ODS identificadas

• ODS 7.2: Aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global
• ODS 9.4: Mejorar la infraestructura tecnológica para proporcionar acceso a servicios básicos y tecnología de la información y comunicación
• ODS 11.6: Reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades, incluido el prestando especial atención a la calidad del aire y la gestión de los desechos municipales y de otro tipo
• ODS 13.2: Integrar medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en las políticas, estrategias y planes nacionales

Indicadores de los ODS relevantes

• Indicador 7.2.1: Proporción de energía renovable en el consumo final de energía
• Indicador 9.4.1: Coeficiente de importaciones de alta tecnología
• Indicador 11.6.1: Proporción de residuos urbanos sólidos recogidos y gestionados de forma segura
• Indicador 13.2.1: Número de países que han integrado medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en sus políticas, estrategias y planes nacionales

Tabla de ODS, metas e indicadores

El artículo aborda principalmente los temas de energía renovable, tecnología innovadora, infraestructura sostenible y mitigación del cambio climático. Estos temas están directamente relacionados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) mencionados anteriormente.

En cuanto a las metas específicas de los ODS, el artículo destaca el objetivo de aumentar la proporción de energía renovable en el mix energético global (ODS 7.2), mejorar la infraestructura tecnológica para proporcionar acceso a servicios básicos y tecnología de la información y comunicación (ODS 9.4), reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades (ODS 11.6) y integrar medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en las políticas nacionales (ODS 13.2).

En cuanto a los indicadores de los ODS, se pueden utilizar los siguientes indicadores para medir el progreso hacia los objetivos identificados: la proporción de energía renovable en el consumo final de energía (Indicador 7.2.1), el coeficiente de importaciones de alta tecnología (Indicador 9.4.1), la proporción de residuos urbanos sólidos recogidos y gestionados de forma segura (Indicador 11.6.1) y el número de países que han integrado medidas de mitigación y adaptación al cambio climático en sus políticas nacionales (Indicador 13.2.1).

En resumen, el artículo aborda los ODS 7, 9, 11 y 13, y se pueden identificar metas específicas y indicadores relevantes para medir el progreso hacia estos objetivos.

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Fuente: pv-magazine.es

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