Predicción del rendimiento de las células solares a partir de la espectroscopia de terahercios y microondas
Determinar de forma fiable la movilidad y el tiempo de vida de los portadores de carga en nuevos materiales semiconductores
Muchos materiales semiconductores son posibles candidatos para las células solares. En los últimos años, los semiconductores de perovskita, en particular, han atraído la atención, ya que son baratos y fáciles de procesar y permiten una alta eficiencia. Ahora, un estudio en el que participan 15 instituciones de investigación muestra cómo la espectroscopia de terahercios (TRTS) y de microondas (TRMC) puede utilizarse para determinar de forma fiable la movilidad y el tiempo de vida de los portadores de carga en los nuevos materiales semiconductores. Con estos datos de medición es posible predecir de antemano la eficiencia potencial de la célula solar y clasificar las pérdidas en la célula terminada.
En el laboratorio de láseres de femtosegundo del Dr. Dennis Friedrich en HZB se pueden determinar las propiedades de transporte de los semiconductores mediante espectroscopia de terahercios o microondas. Para ello, un pulso de luz láser excita primero los portadores de carga en el material, que luego son irradiados con ondas electromagnéticas (ya sea de THz o de microondas) y absorben algunas de ellas.
© HZB
Las propiedades más importantes de un semiconductor que se va a utilizar como célula solar son la movilidad y el tiempo de vida de los electrones y los "huecos". Ambas cantidades pueden medirse sin contactos con métodos espectroscópicos que utilizan radiación de terahercios o microondas. Sin embargo, los datos de medición encontrados en la literatura suelen diferir en órdenes de magnitud. Esto ha dificultado su uso para realizar evaluaciones fiables de la calidad del material.
Muestras de referencia medidas
"Queríamos llegar al fondo de estas diferencias y nos pusimos en contacto con expertos de un total de 15 laboratorios internacionales para analizar las fuentes típicas de error y los problemas de las mediciones", explica el Dr. Hannes Hempel, del equipo de la HZB dirigido por el Dr. Thomas Unold. Los físicos de la HZB enviaron a cada laboratorio muestras de referencia producidas por el equipo del Dr. Martin Stolterfoht de la Universidad de Potsdam con el compuesto semiconductor de perovskita (Cs,FA,MA)Pb(I,Br)3) optimizado para su estabilidad.
Mejores datos para una mejor predicción
Uno de los resultados del trabajo conjunto es la determinación mucho más precisa de las propiedades de transporte con espectroscopia de terahercios o microondas. "Pudimos identificar algunos puntos neurálgicos que hay que tener en cuenta antes de realizar las mediciones reales, lo que nos permite llegar a una concordancia significativamente mejor de los resultados", subraya Hempel.
Otro resultado del estudio: Con datos de medición fiables y un análisis más avanzado, las características de la célula solar también pueden calcularse con mayor precisión. "Creemos que este análisis es de gran interés para la investigación fotovoltaica, porque predice la máxima eficiencia posible del material en una célula solar y revela la influencia de varios mecanismos de pérdida, como las barreras de transporte", dice Unold. Esto se aplica no sólo a la clase de material de los semiconductores de perovskita, sino también a otros nuevos materiales semiconductores, cuya idoneidad potencial puede comprobarse más rápidamente.
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