Esto explica por qué las células solares sensibilizadas con colorante de óxido de zinc ZnO aún no han cumplido con las expectativas. Los resultados evolucionaron a partir de la colaboración entre la Universidad de Monash Australia y los socios del Joint Lab Helmholtz Zentrum Berlin HZB y la Freie Universität Berlin FUBerlín. Ahora han sido publicados en línea por Nature en la revista de acceso abierto Informes científicos .
La conversión de la energía del sol en electricidad e hidrógeno solar se puede lograr con toda una serie de materiales. Una clase importante de células solares orgánicas utiliza tintes aplicados a un material semiconductor como el dióxido de titanio TiO2, por ejemplo. Las moléculas de tintefuncionan como una especie de "traductor" para la energía solar. Capturan la luz e inyectan electrones como portadores de cargas libres en el TiO2, lo que genera un flujo de corriente. Sin embargo, el TiO2 está lejos de ser ideal y el óxido de zinc ZnO debería ser más adecuadocomo material de electrodo. Esto se debe a que los portadores de carga son mucho más móviles en ZnO, por lo que deben fluir más rápidamente después de que se haya producido la separación de carga. Además, las nanoestructuras que capturan la luz solar de manera especialmente eficiente se pueden producir de manera simple usando ZnO.
Investigación detallada de estados excitados con pulsos láser ultracortos
Sin embargo, hasta ahora no se había logrado construir células solares de ZnO que mejoraran las de TiO2. Ahora, un equipo encabezado por Emad Aziz ha observado por primera vez directamente la causa de esto y lo ha investigado en detalle en el "Laboratorio de Dinámica Ultrarrápida Conjunta"en Soluciones e Interfaces ". El Joint Lab está siendo operado por HZB junto con FU Berlin. Tiene a su disposición una gama completa de instrumentos láser de última generación, incluido un espectrómetro de fotoelectrones con resolución temporal que puede generar ultrapulsos XUV cortos con una duración inferior a 45 femtosegundos. Estos pulsos de luz ultracorta permiten rastrear el desarrollo temporal y energético de los estados excitados en escalas de tiempo ultracortas.
estados de interfaz como trampas para portadores de carga
"Nuestras mediciones muestran directamente por primera vez que los portadores de carga quedan atrapados temporalmente por la formación de un estado de interfaz entre el tinte y la capa límite de semiconductores. Como resultado, ya no están disponibles inmediatamente como portadores de carga gratuita", explica MarioBorgwardt, estudiante de doctorado en el equipo de Aziz. Estos electrones "atrapados" dentro de la interfaz permanecen más tiempo. Esto aumenta la probabilidad de que se "pierdan" nuevamente por recombinación. Eso a su vez reduce el nivel de eficiencia de la célula solar.
El equipo del profesor Leone Spiccia de la Universidad de Monash, Australia, puso a disposición las muestras para el experimento. Una fructífera colaboración se desarrolló en el curso de la visita de Spiccia el año pasado como parte de su premio Helmholtz International Fellowship de la Asociación Helmholtz que ha contribuido enUna manera fundamental para el éxito de este proyecto.
H consejos útiles para el diseño de materiales para la conversión o almacenamiento de energía
Aziz explica la importancia de los resultados: "El trabajo ha llevado a una mejor comprensión de los procesos en la capa límite entre la molécula de colorante y el semiconductor. Por lo tanto, hemos podido entender cómo se comunican entre sí los materiales colorantes y semiconductores.ahora nos permite diseñar enfoques para mejorar la comunicación de manera directa, lo que es importante no solo para el diseño de células solares sensibilizadas por colorantes, sino también para poder desarrollar sistemas de materiales para la generación fotocatalítica de hidrógeno para almacenar energía solar.energía como combustible de hidrógeno "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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