Arrojando luz sobre las películas de perovskita
Materiales eficientes para las futuras células solares - Nuevo modelo para determinar la eficiencia cuántica de la fotoluminiscencia
La energía fotovoltaica contribuye de forma decisiva al suministro de energía sostenible. La eficacia de las células solares para convertir directamente la energía luminosa en energía eléctrica depende del material utilizado. Las perovskitas de haluro metálico se consideran materiales muy prometedores para las células solares de la próxima generación. Con estos semiconductores, denominados así por su especial estructura cristalina, se ha conseguido un considerable aumento de la eficiencia en los últimos años. Mientras tanto, las células solares de perovskita han alcanzado una eficiencia de hasta el 25,5 por ciento, que se acerca bastante a la de las células solares de silicio que actualmente dominan el mercado. Además, los materiales necesarios para las células solares de perovskita son bastante abundantes. Las células solares pueden producirse fácilmente y a bajo coste y pueden utilizarse para diversas aplicaciones. La eficiencia teórica de las células solares de perovskita es de aproximadamente el 30,5%.
En términos de eficiencia, las células solares de perovskita han alcanzado a las de silicio, pero algunas de sus propiedades aún no se conocen del todo.
Markus Breig, KIT
Para acercarse a este valor, es necesario aumentar la calidad optoelectrónica de los semiconductores de perovskita. En principio, se espera que los materiales aptos para la fotovoltaica no sólo absorban la luz, sino que también la emitan con eficacia. Este proceso se conoce como fotoluminiscencia. El parámetro correspondiente, la eficiencia cuántica de la fotoluminiscencia, es perfectamente adecuado para determinar la calidad de los semiconductores de perovskita. En colaboración con científicos del Centro de Materiales Avanzados (CAM) de la Universidad de Heidelberg y de la Universidad Técnica de Dresde, los investigadores del Instituto de Tecnología de Microestructuras (IMT) y del Instituto de Tecnología de la Luz (LTI) del KIT han desarrollado un modelo que permite determinar por primera vez la eficiencia cuántica de fotoluminiscencia de las películas de perovskita de forma fiable y exacta.
Los materiales tienen más potencial de optimización del que se suponía
"Con la ayuda de nuestro modelo, la eficiencia cuántica de fotoluminiscencia bajo irradiación solar puede determinarse con mucha más precisión", afirma el Dr. Paul Fassl del IMT. "El reciclaje de fotones es de gran importancia. Se trata de la parte de fotones emitidos por la perovskita que se reabsorbe y reemite en las películas delgadas". Los investigadores aplicaron su modelo al triyoduro de plomo de metilamonio (CH3NH3PbI3), una de las perovskitas de mayor eficiencia cuántica de fotoluminiscencia. Hasta ahora, se estimaba que ascendía a cerca del 90 por ciento. Sin embargo, los cálculos del modelo revelaron que es de alrededor del 78 por ciento. Los científicos explican que las estimaciones anteriores no consideraban adecuadamente el efecto de la dispersión de la luz y, por lo tanto, subestimaban la probabilidad de que los fotones -los quantums de energía luminosa- abandonaran la película antes de ser reabsorbidos. "Nuestros resultados demuestran que el potencial de optimización de estos materiales es mucho mayor de lo que se suponía", afirma el Dr. Ulrich W. Paetzold, director del Grupo de Óptica Avanzada y Materiales para la Próxima Generación Fotovoltaica del IMT. El equipo ofrece una aplicación de código abierto basada en el modelo, mediante la cual se pueden calcular las eficiencias cuánticas de fotoluminiscencia de diversos materiales de perovskita.
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