En un mundo hambriento de energía renovable más barata y eficiente, los investigadores australianos han preparado un sándwich.
Un trabajo dirigido por el Exciton Science del ARC ha demostrado que las películas finas bidimensionales (2D) usadas en algunas células solares de perovskita se parecen mucho a un sándwich. La perovskita es un material apasionante que está a la vanguardia de la investigación y el diseño de la energía solar.
Anteriormente, los científicos pensaban que estas películas de perovskita en 2D tenían una estructura de «gradiente», en la que ciertos componentes se encontraban en la profundidad del material, mientras que otros elementos complementarios sólo se situaban más cerca de la superficie, como la cobertura de una galleta.
Sin embargo, en un artículo publicado en el Journal of Materials Chemistry C, los miembros de Exciton Science, con sede en la Universidad de Melbourne, junto con colaboradores de la agencia científica nacional australiana CSIRO y la Universidad de Shandong, han aportado pruebas de una estructura tipo sándwich, en la que dos capas del mismo tipo (el pan) rodean a una capa central de contraste (el relleno).
Esta disposición favorece que los excitones, cuasipartículas importantes para convertir la luz solar en electricidad, se desplacen desde la capa central a ambas superficies de la película, mientras que los portadores libres transportan la carga para que sea recogida por los electrodos, lo que ayuda a conseguir una generación de energía solar más eficiente cuando se incorpora a los dispositivos.
El profesor Ken Ghiggino, autor de la investigación, explica que «un verdadero problema ha sido comprender cuál es la estructura de estas células solares de perovskita en 2D.»
Ha habido bastante controversia en la literatura. El avance que hemos conseguido es averiguar cuál es la estructura real de estas películas y cómo funcionan en una célula solar.
Ken Ghiggino.
Los dispositivos de perovskita en 2D son especialmente interesantes por su mayor estabilidad y durabilidad respecto a las células de perovskita en 3D. Los prototipos de dispositivos 2D, desarrollados por los investigadores usando la infraestructura y los conocimientos del CSIRO, han demostrado una eficiencia del 13%.
Con un mayor conocimiento fundamental de la estructura, los investigadores intentarán ahora aumentar la eficiencia del dispositivo cambiando el grosor de las capas dentro del «sándwich» de perovskita.
Además de las células solares, las películas de perovskita 2D mejoradas tienen importantes aplicaciones en los diodos emisores de luz (LED) y los fotodetectores, como las imágenes de vídeo, las comunicaciones ópticas, las imágenes biomédicas, la seguridad, la visión nocturna, la detección de gases y la detección de movimiento.
Es la primera vez que se propone una estructura en sándwich frente al modelo convencional de distribución de gradientes. Creemos que este descubrimiento ayudará a la optimización del diseño y del dispositivo para obtener un mayor rendimiento de las células y los LED 2D.
Dr. Fei Zheng, autor principal.
Más información: pubs.rsc.org
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