Las células solares basadas en compuestos de perovskita pronto podrían hacer que la generación de electricidad a partir de la luz solar sea aún más eficiente y más barata. La eficiencia de laboratorio de estas células solares de perovskita ya supera la de las conocidas células solares de silicio. Un equipo internacional dirigido por Stefan Weber de laEl Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros en Mainz ha encontrado estructuras microscópicas en los cristales de perovskita que pueden guiar el transporte de carga en la célula solar. La alineación inteligente de estas carreteras de electrones podría hacer que las células solares de perovskita sean aún más potentes.
Cuando las células solares convierten la luz solar en electricidad, los electrones del material dentro de la célula absorben la energía de la luz. Tradicionalmente, este material absorbente de luz es silicio, pero las perovskitas podrían ser una alternativa más barata. Los electrones excitados por ella luz solar es recogida por contactos especiales en la parte superior e inferior de la celda. Sin embargo, si los electrones permanecen en el material durante demasiado tiempo, pueden perder su energía nuevamente. Para minimizar las pérdidas, por lo tanto, deben llegar a los contactos lo más rápido posible.
Las estructuras microscópicamente pequeñas en las perovskitas, los llamados dominios gemelos ferroelásticos, podrían ser útiles a este respecto: pueden influir en la velocidad de movimiento de los electrones. Un grupo de investigación internacional dirigido por Stefan Weber en el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímerosen Mainz descubrieron este fenómeno. Las estructuras en forma de rayas que los científicos investigaron se forman espontáneamente durante la fabricación de la perovskita por estrés mecánico en el material. Al combinar dos métodos de microscopía, los investigadores pudieron demostrar que los electrones se mueven mucho más rápido en paralelo alrayas que perpendiculares a ellos. "Los dominios actúan como pequeñas carreteras para electrones", compara Stefan Weber.
Posibles aplicaciones en diodos emisores de luz y detectores de radiación
Para sus experimentos, los investigadores primero tuvieron que visualizar los dominios en forma de banda. Lo lograron con un microscopio de fuerza piezoeléctrica PFM. Hace cinco años, Weber y sus colegas descubrieron los dominios por primera vez en una perovskita.cristal utilizando este método. "En aquel entonces, ya nos preguntábamos si las estructuras influían en el funcionamiento de una célula solar de perovskita", explica Weber. "Nuestros últimos resultados ahora muestran que este es el caso".
El avance se produjo cuando los investigadores compararon sus imágenes PFM con datos obtenidos de otro método llamado microscopía de fotoluminiscencia. "Nuestro detector de fotoluminiscencia funciona como una trampa de velocidad", explica Ilka Hermes, investigadora del grupo de Weber y primer autor del estudio. "Nosotrosúselo para medir la velocidad de los electrones en diferentes direcciones a nivel microscópico ". Hermes descubrió que a lo largo de las franjas los electrones se movían entre un 50 y un 60 por ciento más rápido que perpendicularmente a ellos". Si pudiéramos hacer que las franjas apuntaran directamente alelectrodos, una célula solar de perovskita podría ser mucho más eficiente ", concluye Hermes.
Con los nuevos resultados, no solo se podrían mejorar las células solares. Otras aplicaciones optoelectrónicas como diodos emisores de luz o detectores de radiación también podrían beneficiarse del transporte de carga dirigida ". En general, es una ventaja si podemos dirigir los electrones enla dirección correcta ", explica Stefan Weber. La idea de los investigadores: poner los cristales de perovskita bajo tensión mecánica durante su producción. Esta llamada ingeniería de deformación permitiría una orientación optimizada de las carreteras de electrones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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