Las perovskitas, una alternativa "baratísima" al silicio, ahora son mucho más eficientes
Los investigadores utilizan sustratos metálicos y dieléctricos para aumentar en un 250% la eficiencia de conversión luminosa de las perovskitas
El silicio, el material semiconductor estándar utilizado en multitud de aplicaciones -unidades centrales de procesamiento (CPU), chips semiconductores, detectores y células solares-, es un material abundante en la naturaleza. Sin embargo, su extracción y purificación son caras.
Esta ilustración del laboratorio Guo muestra la interacción entre un material de perovskita (cian) y un sustrato de material metal-dieléctrico. Los pares rojo y azul son pares electrón-hueco. Las imágenes reflejadas en el sustrato reducen la capacidad de los electrones excitados de la perovskita para recombinarse con sus núcleos atómicos, lo que aumenta la eficacia de la perovskita para captar luz solar.
Illustration by Chloe Zhang
Las perovskitas -una familia de materiales apodados así por su estructura cristalina- se han mostrado extraordinariamente prometedoras en los últimos años como sustituto mucho menos costoso e igual de eficiente del silicio en células solares y detectores. Ahora, un estudio dirigido por Chunlei Guo, profesor de Óptica de la Universidad de Rochester, sugiere que las perovskitas pueden llegar a ser mucho más eficientes.
Normalmente, los investigadores sintetizan las perovskitas en un laboratorio húmedo y, a continuación, aplican el material en forma de película sobre un sustrato de vidrio y exploran diversas aplicaciones.
Guo, en cambio, propone un enfoque novedoso basado en la física. Utilizando un sustrato con una capa de metal o capas alternas de metal y material dieléctrico -en lugar de vidrio-, él y sus coautores descubrieron que podían aumentar la eficiencia de conversión de luz de la perovskita en un 250 por ciento.
Sus hallazgos se publican en Nature Photonics.
"Nadie había llegado a esta conclusión en el campo de las perovskitas", afirma Guo. "De repente, podemos poner una plataforma metálica debajo de una perovskita, cambiando completamente la interacción de los electrones dentro de la perovskita. Así, utilizamos un método físico para diseñar esa interacción".
La novedosa combinación perovskita-metal crea "una física sorprendente
Los metales son probablemente los materiales más simples de la naturaleza, pero se puede hacer que adquieran funciones complejas. El laboratorio de Guo tiene una amplia experiencia en este sentido. El laboratorio ha sido pionero en una serie de tecnologías que transforman metales simples en negros como el carbón, superhidrofílicos (que atraen el agua) o superhidrofóbicos (que la repelen). En sus estudios recientes, los metales mejorados se han utilizado para la absorción de energía solar y la purificación del agua.
En este nuevo trabajo, en lugar de presentar una forma de mejorar el propio metal, el laboratorio de Guo demuestra cómo utilizar el metal para mejorar la eficacia de los pervoskites.
"Un trozo de metal puede hacer tanto trabajo como una compleja ingeniería química en un laboratorio húmedo", afirma Guo, y añade que la nueva investigación puede ser especialmente útil para la futura captación de energía solar".
En una célula solar, los fotones de la luz solar tienen que interactuar con los electrones y excitarlos, haciendo que éstos abandonen sus núcleos atómicos y generando una corriente eléctrica, explica Guo. Lo ideal sería que la célula solar utilizara materiales débiles para atraer a los electrones excitados de vuelta a los núcleos atómicos y detener la corriente eléctrica.
El laboratorio de Guo demostró que esa recombinación podía evitarse sustancialmente combinando un material de perovskita con una capa de metal o un sustrato metamaterial formado por capas alternas de plata, un metal noble, y óxido de aluminio, un dieléctrico.
El resultado fue una reducción significativa de la recombinación de electrones a través de "un montón de física sorprendente", dice Guo. En efecto, la capa metálica actúa como un espejo que crea imágenes invertidas de los pares electrón-hueco, debilitando la capacidad de los electrones para recombinarse con los huecos.
El laboratorio pudo utilizar un detector sencillo para observar el aumento resultante del 250% en la eficiencia de conversión de la luz.
Antes de que las perovskitas puedan aplicarse en la práctica, hay que resolver varios problemas, sobre todo su tendencia a degradarse con relativa rapidez. En la actualidad, los investigadores se apresuran a encontrar nuevos materiales de perovskita más estables.
"A medida que surjan nuevas perovskitas, podremos utilizar nuestro método basado en la física para mejorar aún más su rendimiento", afirma Guo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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