Un material con la estructura cristalina de perovskita se ha vuelto muy popular para las células solares. Si bien la mayoría de las perovskitas son compuestos inorgánicos, este nuevo material es un híbrido de materiales orgánicos e inorgánicos relativamente económicos. En solo unos pocos años, los investigadores han logrado un poder notableeficiencia de conversión con estas perovskitas, comparable con los mejores materiales fotovoltaicos disponibles.
Ahora, investigadores de Japón han revelado la física de cómo funciona un componente importante de una célula solar de perovskita, un hallazgo que podría conducir a células solares mejoradas o incluso a materiales más nuevos y mejores. Describen sus experimentos en la edición de esta semana deldiario letras de física aplicada , de la publicación AIP.
"Los principales estudios se han centrado en mejorar la eficiencia [de las células solares] [con perovskita]", dijo Kazuhiro Marumoto, de la Universidad de Tsukuba. "Pero el mecanismo microscópico detrás de [cómo] funcionan estas células solares [que usan perovskitas] no ha sidocompletamente investigado "
Las células solares funcionan convirtiendo la energía de la luz en electricidad. Cuando un fotón golpea a la perovskita, por ejemplo, suelta un electrón. El lugar vacío que deja el electrón se llama agujero y actúa como una partícula cargada positivamente.El movimiento de los electrones y los agujeros es lo que genera corriente eléctrica.
Debido a que la perovskita en sí misma no conduce muy bien el movimiento de los agujeros, las células solares requieren una capa adicional de material de transporte de agujeros para facilitar el flujo de corriente. Un material común de transporte de agujeros es un compuesto llamado spiro-OMeTAD.aún más, los investigadores agregan una sal de litio llamada LiTFSI a spiro-OMeTAD. Este proceso se llama "dopaje".
Spiro-OMeTAD es un material amorfo, lo que le da algunas propiedades únicas. La mayoría de los materiales sólidos tienen bandas de energía electrónica bien definidas en las que los electrones y los agujeros pueden moverse para transportarse a través del material. Los cristales, por ejemplo, a menudo tienen estructuras de bandas quepermitir el flujo simétrico de electrones y agujeros, pero los materiales amorfos no lo hacen
Debido a esta estructura de banda asimétrica, los agujeros pueden tener dificultades para viajar a través de un material amorfo porque pueden quedar atrapados en un nivel de energía particular. Pero, según la teoría, el dopaje spiro-OMeTAD con LiTFSI evita que los agujeros se queden atrapados.
Los pares de electrones ocupan cada nivel de energía en spiro-OMeTAD. Pero cuando se introduce LiTFSI, uno de esos electrones se retira, dejando un agujero en su lugar. La presencia de ese agujero evita que otros agujeros se atasquen en ese nivel de energía, permitiéndoles moverse libremente y generar corriente eléctrica.
Anteriormente, nadie había confirmado este proceso. Pero Marumoto y sus colegas ahora han utilizado la espectroscopía de resonancia de espín electrónico ESR para demostrar que este mecanismo es, de hecho, responsable de mejorar la capacidad de spiro-OMeTAD para transportar corriente.
La espectroscopía de ESR mide el giro de electrones únicos, no apareados, que es lo que se crea cuando el espiro-OMeTAD se dopa con LiTFSI. En experimentos sin luz, los investigadores encontraron que el número de espines de electrones en el espiro-OMeTAD aumentó en dos órdenes de magnituddespués de ser dopado, confirmando el efecto de LiTFSI.
Para ver cómo el dopaje afecta la eficiencia de una célula solar de perovskita / espiro-OMeTAD, los investigadores realizaron sus experimentos en los dos materiales en capas, con las luces encendidas. La luz induce agujeros para transferir de perovskita a espiro-OMeTAD ygenerar corriente eléctrica. Los investigadores descubrieron que el dopaje aumentó esta transferencia de agujeros, lo que demuestra cómo LiTFSI mejora la eficiencia de una célula solar.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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