El efecto fotovoltaico de los cristales ferroeléctricos puede incrementarse en un factor de 1,000 si tres materiales diferentes se colocan periódicamente en una celosía. Esto ha sido revelado en un estudio realizado por investigadores de la Universidad Martin Luther de Halle-Wittenberg MLU.mediante la creación de capas cristalinas de titanato de bario, titanato de estroncio y titanato de calcio que se colocaron alternativamente uno encima del otro. Sus hallazgos, que podrían aumentar significativamente la eficiencia de las células solares, se publicaron en la revista avances científicos .
La mayoría de las células solares se basan actualmente en silicio; sin embargo, su eficiencia es limitada. Esto ha llevado a los investigadores a examinar nuevos materiales, como ferroeléctricos como el titanato de bario, un óxido mixto hecho de bario y titanio ". Ferroeléctrico significa que el material se hacargas positivas y negativas separadas ", explica el físico Dr. Akash Bhatnagar del Centro de Competencia en Innovación SiLi-nano de MLU." La separación de cargas conduce a una estructura asimétrica que permite que se genere electricidad a partir de la luz ". A diferencia del silicio, los cristales ferroeléctricos no requieren undenominada unión pn para crear el efecto fotovoltaico, es decir, no capas dopadas positiva y negativamente, lo que facilita mucho la producción de los paneles solares.
Sin embargo, el titanato de bario puro no absorbe mucha luz solar y, en consecuencia, genera una fotocorriente comparativamente baja. Las últimas investigaciones han demostrado que la combinación de capas extremadamente delgadas de diferentes materiales aumenta significativamente el rendimiento de energía solar. "Lo importante aquí es que un material ferroeléctricose alterna con un material paraeléctrico. Aunque este último no tiene cargas separadas, puede volverse ferroeléctrico en determinadas condiciones, por ejemplo a bajas temperaturas o cuando su estructura química está ligeramente modificada ", explica Bhatnagar.
El grupo de investigación de Bhatnagar descubrió que el efecto fotovoltaico aumenta en gran medida si la capa ferroeléctrica se alterna no solo con una, sino con dos capas paraeléctricas diferentes. Yeseul Yun, estudiante de doctorado en MLU y primer autor del estudio, explica: "Incorporamosel titanato de bario entre titanato de estroncio y titanato de calcio. Esto se logró vaporizando los cristales con un láser de alta potencia y volviéndolos a depositar sobre sustratos portadores. Esto produjo un material compuesto por 500 capas de aproximadamente 200 nanómetros de espesor ".
Al realizar las mediciones fotoeléctricas, el nuevo material se irradió con luz láser. El resultado sorprendió incluso al grupo de investigación: en comparación con el titanato de bario puro de un espesor similar, el flujo de corriente era hasta 1000 veces más fuerte, y esto a pesar de lahecho de que la proporción de titanato de bario como componente fotoeléctrico principal se redujo en casi dos tercios. "La interacción entre las capas de la red parece conducir a una permitividad mucho más alta; en otras palabras, los electrones pueden fluir mucho más fácilmente debido aa la excitación de los fotones de luz ", explica Akash Bhatnagar. Las mediciones también mostraron que este efecto es muy robusto: se mantuvo casi constante durante un período de seis meses.
Ahora se deben realizar más investigaciones para descubrir exactamente qué causa el efecto fotoeléctrico excepcional. Bhatnagar confía en que el potencial demostrado por el nuevo concepto se puede utilizar para aplicaciones prácticas en paneles solares. "La estructura de capas muestra un mayor rendimiento en todosrangos de temperatura que los ferroeléctricos puros. Los cristales también son significativamente más duraderos y no requieren un embalaje especial ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Metano en las plumas de la luna Encelado de Saturno: ¿Posibles signos de vida?
'Después de todo, puede que no haya un conflicto' en el debate del universo en expansión
La 'neuroprótesis' devuelve las palabras al hombre con parálisis
Los físicos dan un gran paso en la carrera hacia la computación cuántica
Nuevas pistas sobre por qué hay tan poca antimateria en el universo
El nuevo método podría revelar qué genes podríamos haber heredado de los neandertales