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Investigadores desarrollan una hoja de ruta para el crecimiento de nuevas células solares

Comenzar con nichos de mercado de mayor valor y luego expandirse podría ayudar a que los paneles solares basados ​​en perovskita sean competitivos con el silicio.

David L. Chandler | MIT News Office
6 de febrero de 2020

 

  • Las células solares basadas en perovskitas podrían proporcionar mejoras dramáticas en las instalaciones solares.
  • Son económicos, podrían fabricarse en un proceso de rollo a rollo como imprimir un periódico.
  • Comenzar con nichos de mercado de mayor valor y luego expandirse podría ayudarlos a ser competitivos con el silicio.

 

Los materiales llamados perovskitas muestran un gran potencial para una nueva generación de células solares, pero han tenido problemas para ganar tracción en un mercado dominado por células solares basadas en silicio. Ahora, un estudio realizado por investigadores del MIT y de otros lugares describe una hoja de ruta sobre cómo esta tecnología prometedora podría pasar del laboratorio a un lugar significativo en el mercado solar global.

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Las células solares hechas de perovskita son muy prometedoras, en parte porque se pueden hacer fácilmente en sustratos flexibles, como esta célula experimental.
Imagen: Ken Richardson

El análisis “tecnoeconómico” muestra que al comenzar con nichos de mercado de mayor valor y expandirse gradualmente, los fabricantes de paneles solares podrían evitar los costos iniciales de capital muy elevados que serían necesarios para hacer que los paneles basados ​​en perovskita sean directamente competitivos con el silicio para instalaciones de gran escala. al principio En lugar de hacer una inversión inicial prohibitivamente costosa, de cientos de millones o incluso miles de millones de dólares, para construir una planta para la producción a escala de servicios públicos, el equipo descubrió que comenzar con aplicaciones más especializadas podría lograrse para una inversión de capital inicial más realista en el pedido de $ 40 millones.    MIT nuevas células solares

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Ian Mathews

Los resultados se describen en un artículo en la revista Joule del postdoc MIT Ian Mathews, el científico investigador

, el profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi y otros cinco en el MIT, Wellesley College y Swift Solar Inc.

Las células solares basadas en perovskitas, una amplia categoría de compuestos caracterizados por una cierta disposición de su estructura molecular, podrían proporcionar mejoras dramáticas en las instalaciones solares. Sus materiales constituyentes son económicos y pueden fabricarse en un proceso de rollo a rollo, como imprimir un periódico, e imprimirse en material de respaldo liviano y flexible.    MIT nuevas células solares

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Ian Marius Peters

Esto podría reducir en gran medida los costos asociados con el transporte y la instalación, aunque aún requieren más trabajo para mejorar su durabilidad. Otros nuevos y prometedores materiales de células solares también se están desarrollando en los laboratorios de todo el mundo, pero ninguno ha avanzado aún en el mercado.

“Ha habido muchos nuevos materiales y compañías de células solares lanzados a lo largo de los años”, dice Mathews, “y sin embargo, a pesar de eso, el silicio sigue siendo el material dominante en la industria y lo ha sido durante décadas”.          MIT nuevas células solares

 

 

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Tonio Buonassisi

¿Por qué es ese el caso? “La gente siempre ha dicho que una de las cosas que frena las nuevas tecnologías es que el gasto de construir grandes fábricas para producir estos sistemas a escala es demasiado”, dice. “Es difícil para una startup cruzar lo que se llama ‘el valle de la muerte’, recaudar las decenas de millones de dólares necesarios para llegar a la escala donde esta tecnología podría ser rentable en la industria de la energía solar en general”.

Pero hay una variedad de aplicaciones de células solares más especializadas donde las cualidades especiales de las células solares basadas en perovskita, como su peso ligero, flexibilidad y potencial de transparencia, proporcionarían una ventaja significativa, dice Mathews. Al centrarse inicialmente en estos mercados, una empresa solar de inicio podría crecer gradualmente, aprovechando las ganancias de los productos premium para expandir sus capacidades de producción con el tiempo.

Al describir la literatura sobre las células solares a base de perovskita que se están desarrollando en varios laboratorios, dice: “Reclaman costos muy bajos. Pero lo reclaman una vez que su fábrica alcanza una cierta escala. Y pensé, ya hemos visto esto antes: la gente afirma que un nuevo material fotovoltaico será más barato que el resto y mejor que el resto. Eso es genial, excepto que necesitamos tener un plan sobre cómo conseguimos que el material y la tecnología escalen ”.

Como punto de partida, dice: “Tomamos el enfoque que realmente no he visto a nadie más: modelemos realmente el costo de fabricar estos módulos en función de la escala. Entonces, si solo tiene 10 personas en una pequeña fábrica, ¿cuánto necesita vender sus paneles solares para ser rentable? Y una vez que alcance la escala, ¿qué tan barato será su producto?            MIT nuevas células solares

El análisis confirmó que tratar de saltar directamente al mercado de instalaciones solares en la azotea o instalaciones solares a escala de servicios públicos requeriría una inversión de capital inicial muy grande, dice. Pero “miramos los precios que las personas pueden obtener en Internet de las cosas, o en el mercado de la energía fotovoltaica integrada en el edificio. Las personas generalmente pagan un precio más alto en estos mercados porque son más un producto especializado. Pagarán un poco más si su producto es flexible o si el módulo encaja en el sobre de un edificio ”. Otros posibles nichos de mercado incluyen dispositivos de microelectrónica autoalimentados.

Dichas aplicaciones harían factible la entrada al mercado sin necesidad de grandes inversiones de capital. “Si hace eso, la cantidad que necesita invertir en su empresa es mucho, mucho menos, del orden de unos pocos millones de dólares en lugar de decenas o cientos de millones de dólares, y eso le permite desarrollar más rápidamente una empresa rentable ,” él dice.

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¿Por qué han caído los costos de la energía solar?
El equipo del MIT otorgó una subvención del Departamento de Energía de los Estados Unidos para investigar las reducciones de costos en los sistemas de energía solar.

“Es una forma de demostrar su tecnología, tanto técnicamente como construyendo y vendiendo un producto y asegurándose de que sobreviva en el campo”, dice Mathews, “y también, solo para demostrar que puede fabricar a un determinado precio . ”          MIT nuevas células solares

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Joel Jean (izquierda) y Vladimir Bulović (centro) del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y Patrick Brown del Departamento de Física,

Ya señala que hay un puñado de empresas de nueva creación que intentan comercializar las células solares de perovskita, aunque ninguna de ellas tiene un producto real a la venta. Las compañías han adoptado diferentes enfoques, y algunos parecen estar embarcando en el tipo de enfoque de crecimiento paso a paso descrito por esta investigación, dice. “Probablemente, la compañía que recaudó más dinero es una compañía llamada Oxford PV, y están buscando células en tándem”, que incorporan células de silicio y perovskita para mejorar la eficiencia general. Otra compañía es la que comenzó Joel Jean PhD ’17 (quien también es coautor de este artículo) y otras, llamada Swift Solar, que está trabajando en perovskitas flexibles. Y hay una compañía llamada Saule Technologies, que trabaja en perovskitas imprimibles.

Mathews dice que el tipo de análisis tecnoeconómico que el equipo utilizó en su estudio podría aplicarse a una amplia variedad de nuevas tecnologías relacionadas con la energía, incluidas las baterías recargables y otros sistemas de almacenamiento, u otros tipos de nuevos materiales de células solares.

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Sarah Sofia

“Hay muchos documentos científicos y estudios académicos que analizan cuánto costará fabricar una tecnología una vez que esté a escala”, dice. “Pero muy pocas personas realmente miran cuánto cuesta a muy pequeña escala y cuáles son los factores que afectan las economías de escala. Y creo que se puede hacer para muchas tecnologías, y nos ayudaría a acelerar cómo llevamos las innovaciones del laboratorio al mercado “.

El equipo de investigación también incluyó a los alumnos del MIT Sarah Sofia PhD ’19 y Sin Cheng Siah PhD ’15, la estudiante de Wellesley College Erica Ma, y la ex postdoc MIT Hannu Laine. El trabajo fue apoyado por el programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea, la Sociedad Familiar Martin para los Fellows of Sustainability, el Departamento de Energía de los EE. UU., Shell, a través de la Iniciativa de Energía del MIT y la Alianza Singapur-MIT para Investigación y Tecnología.

texto original : https://mailchi.mp/d500279fda8b/improving-solar-cells-slowing-epidemics-fabrication-for-all

Preguntas de la prensa

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