Las técnicas de medición y análisis de datos desarrolladas en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía podrían proporcionar una nueva visión de los defectos que roban el rendimiento en las estructuras cristalinas, mejorando en última instancia el rendimiento de las células solares.
Si bien las células solares hechas de materiales de perovskita un híbrido orgánico-inorgánico de recolección de luz han eclipsado recientemente la marca de eficiencia del 20 por ciento, los investigadores creen que podrían mejorar si tuvieran una imagen más clara del flujo de energía a escala nanométrica.descubrimiento, descrito en un artículo publicado en ACS Photonics , sincroniza microscopía, pulsos ultracortos de luz láser y análisis de datos para extraer imágenes con precisión de un solo píxel, proporcionando detalles sin precedentes.
"Si podemos ver exactamente y en tiempo real lo que está sucediendo, podemos mapear los procesos electrónicos en el espacio en lugar de depender de las instantáneas obtenidas de los promedios espaciales", dijo Benjamin Doughty, uno de los autores y miembro de Chemical de ORNLDivisión de Ciencias.
Armados con información sobre lo que los electrones están haciendo dentro del material, los investigadores creen que pueden hacer mejoras que conducen a células solares que son más eficientes y potencialmente menos costosas.
"Con los enfoques convencionales de estudio de materiales fotovoltaicos, no podemos mapear con precisión los procesos electrónicos y cómo se pierden los electrones", dijo Doughty. "Esos procesos pueden traducirse en pérdidas de eficiencia".
El experimento consiste en bombear ópticamente la muestra de película delgada con un pulso láser de 50 femtosegundos, o 50 millonésimas de milmillonésima de segundo, y luego medir los cambios en la absorción de luz con un segundo pulso láser en el material. La técnica,llamada microscopía de absorción transitoria de femtosegundos, consiste en una mesa de láser, óptica y un microscopio. El resultado neto es un mapa píxel por píxel del material que se está estudiando y la información que los investigadores pueden usar para mejorar el rendimiento.
"La capacidad de identificar lo que se creará después de que la célula solar absorba un fotón, ya sea un par de cargas libres o su forma unida llamada excitón, es crucial desde las perspectivas fundamentales y aplicadas", dijo el coautor Yingzhong Ma,quien dirigió el equipo de investigación. "Descubrimos que tanto los cargos gratuitos como los excitones están presentes, y la fortaleza de nuestro enfoque radica no solo en identificar dónde están sino también en determinar cuáles son sus contribuciones relativas cuando ambos están presentes en una ubicación espacial dada"
Un desafío clave restante es comprender qué causa la diferencia espacial observada, dijo Ma, por lo que él y sus colegas están explorando un enfoque de imagen completamente óptico que les permitiría correlacionar la dinámica electrónica con la información estructural subyacente. Este enfoque también puede ayudar a los investigadoresmapear y comprender los problemas de degradación de perovskita asociados con la humedad. Ma señaló que esto debe resolverse antes de que las células solares basadas en esta clase de materiales puedan tener éxito.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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