Las células solares fabricadas con películas que imitan la estructura del mineral perovskita son el foco de la investigación mundial. Pero recién ahora los investigadores de la Universidad Case Western Reserve han mostrado directamente que las películas tienen una propiedad clave que les permite convertir la luz solar en electricidad de manera eficiente.
Identificar ese atributo podría conducir a paneles solares más eficientes.
Los electrones generados cuando la luz incide en la película no están restringidos por los límites de los granos los bordes de las subunidades cristalinas dentro de la película y viajan largas distancias sin deteriorarse, mostraron los investigadores. Eso significa que los portadores de carga eléctrica quedan atrapados y se descomponen en otros materiales.en su lugar, están disponibles para extraerse como actuales.
Los científicos midieron directamente la distancia recorrida, llamada longitud de difusión, por primera vez mediante el uso de la técnica denominada "microscopía de imágenes de fotocorriente escaneada espacialmente". La longitud de difusión dentro de una película de perovskita bien orientada medía hasta 20 micrómetros.
Los hallazgos, publicados en la revista Nano letras , indican que las células solares podrían hacerse más gruesas sin dañar su eficiencia, dijo Xuan Gao, profesor asociado de física y autor del artículo.
"Una celda más gruesa puede absorber más luz", dijo, "potencialmente produciendo una mejor celda solar".
Eficiencia incorporada
Los investigadores de energía solar creen que las películas de perovskita son muy prometedoras. En menos de cinco años, las películas hechas con la estructura cristalina han superado el 20 por ciento de eficiencia en la conversión de la luz solar en electricidad, una marca que tardó décadas en alcanzarse con las células solares de silicio que se utilizan en la actualidad..
En esta investigación, el laboratorio de Gao realizó mediciones de imágenes de fotocorriente escaneadas espacialmente en películas realizadas en el laboratorio del profesor de química de Case Western Reserve, Clemens Burda.
Los minerales de perovskita que se encuentran en la naturaleza son óxidos de ciertos metales, pero el laboratorio de Burda fabricó películas organometálicas con la misma estructura cristalina utilizando triyoduro de plomo de metil amonio CH3NH3PBI3, un haluro de plomo tridimensional rodeado por pequeñas moléculas orgánicas de metil amonioque mantienen unida la estructura de celosía.
"La pregunta ha sido, '¿Cómo son estas células solares tan eficientes? Si lo supiéramos, podríamos mejorar aún más las células solares de perovskita", dijo Burda. "La gente pensó que podría deberse a un transporte de electrones inusualmente largo, y medimos directamenteeso."
La longitud de difusión es la distancia que recorre un electrón o su opuesto, llamado agujero, desde la generación hasta que se recombina o se extrae como corriente eléctrica. La distancia es la misma que la longitud de transporte cuando no hay campo eléctrico que generalmente aumenta la distancia recorridaEstá aplicado.
medición de recorrido
Los laboratorios realizaron mediciones repetidas enfocando un pequeño punto de láser en películas de 8 milímetros cuadrados por 300 nanómetros de espesor. Las películas se estabilizaron recubriendo la perovskita con una capa del polímero parileno.
La luz genera electrones y huecos y la fotocorriente, o flujo de electrones, se registra entre los electrodos colocados a unas 120 micras de distancia entre sí mientras la película se escanea a lo largo de dos direcciones perpendiculares. El escaneo produce un mapa espacial bidimensional decaracterísticas de transporte y difusión del portador.
Las mediciones mostraron una longitud de difusión promedio de alrededor de 10 micrones. En algunos casos, la longitud alcanzó los 20 micrones, lo que muestra que el área funcional de la película tiene al menos 20 micrones de largo, dijeron los investigadores.
En algunos materiales, los límites de los granos disminuyen la conductividad, pero las imágenes mostraron que estas interfaces entre los granos en la película no ejercían influencia en el viaje de los electrones. Gao y Burda dicen que esto puede deberse a que los granos en la película están bien alineados, lo que no causa impedancia u otros factores.efectos perjudiciales sobre electrones o huecos.
Burda y Gao ahora están buscando fondos federales para usar la técnica de microscopía para determinar si los diferentes tamaños de grano, orientaciones, composiciones de haluro perovskita, espesores de película y más cambian las propiedades de la película, para acelerar aún más la investigación en el campo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Case Western Reserve . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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