Comprendiendo el funcionamiento de un nuevo tipo de célula solar

La conversión de energía fotovoltáica ofrece uno de los mejores medios para el futuro de la energía renovable en el mundo. La eficiencia de las células solares depende fuertemente de los materiales de absorción de luz que usan. Los sistemas fotovoltáicos basados en haluro de plomo son un nuevo y revolucionario tipo de dispositivos con una eficiencia que actualmente excede el 16%. Sin embargo, una descripción detallada de cómo estas células solares convierten la luz en corriente eléctrica aún sigue fallando. Ahora, investigadores de la EPFL han investigado cómo la carga eléctrica generada viaja a través de la superficie de perovskita de las células solares construidas diferentes arquitecturas.

Las perovskitas de haluro de plomo son materiales que recientemente han atraído un inmenso interés, ya que las células solares basadas en estos semiconductores han demostrado una muy alta eficiencia de conversión y un voltaje de la célula sin igual de más de 1 V. Sin embargo, no está totalmente claro cómo funcionan. Una mejor comprensión de sus mecanismos de funcionamiento ayudarán a mejorarlos en el futuro o incluso dar lugar a nuevas tecnologías con mayor eficiencia.

Los grupos de investigadores han usado técnicas de espectroscopía con resolución temporal para determinar cómo se mueve la carga a lo largo de las superficies de perovskita. Los investigadores trabajaron con varias arquitecturas de células, usando tanto semiconductores de dióxido de titanio o películas aislantes de trióxido de aluminio. Ambas películas porosas fueron impregnadas con perovskita de yoduro de plomo(CH₃NH₃PbI₃) y un material de "transporte de huecos" orgánico, lo cual ayuda a extraer las cargas siguiendo la absorción de luz. Las técnicas de resolución temporal incluyen espectroscopía de láser ultrarápido y fotoconductividad de microondas.

Los resultados mostraron dos dinámicas principales. Primero, la separación de la carga, el flujo de las cargas eléctricas después de que la luz del sol alcanza el amortiguador de luz de perovskita, que tiene lugar a través de la transferencia de electrones en ambas uniones con el dióxido de titanio y el material portador de huecos en una escala temporal de sub-picosegundos. En segundo lugar, los investigadores descubrieron que la recombinación de cargas era significativamente más lenta para las películas de dióxido de titanio que las de aluminio. La recombinación de cargas es un proceso perjudicial que gasta la energía convertida en calor y reduciendo así la eficiencia total de la célula solar.

Via Science newsline