Estudio: el estaño hace que las nanopartículas absorban mejor los rayos del sol

La adición de estaño al núcleo de una nanopartícula de germanio puede ayudar a aumentar sus propiedades de absorción de la luz, haciendo que dichos materiales sean más eficientes para las aplicaciones fotovoltaicas, según descubrieron investigadores del Ames Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU.

El equipo de investigación descubrió que la estructura reticular del estaño es una buena combinación para la estructura reticular del sulfuro de cadmio, el revestimiento que se aplica a las nanopartículas para aumentar la cantidad de luz solar absorbida.

El germanio, utilizado en tales nanopartículas para células solares, tiene muy buenas propiedades de generación eléctrica, pero no absorbe la luz demasiado bien, y eso representa un elemento crítico del proceso fotovoltaico.

Los investigadores de Ames también descubrieron que la capa externa de nanopartículas de germanio es propensa a la alteración a medida que se oxida. Mediante la aplicación de pasivación superficial, esencialmente recubriendo las nanopartículas con un material absorbente de la luz, la capacidad de fotoluminiscencia de la nanopartícula mejora.

Al agregar estaño a las nanopartículas en sí, las propiedades de absorción de luz del germanio mejoraron. Sin embargo, todavía se requiere un revestimiento de superficie, pero la relación entre la estructura atómica del recubrimiento y el material del núcleo está mejor alineada, ofreciendo un “material de banda prohibida más directa”, explicó la científica del Ames Lab, Emily Smith.

El equipo ha etiquetado este método de Successive Ion Layer Absorption and Reaction (SILAR), habiendo desarrollado la técnica durante muchos años. “Esperamos [a través de SILAR] seguir avanzando en nuestra capacidad para manipular y dirigir los flujos de energía a nanoescala”, dijo otro científico del Ames, Javier Vela.

Un proceso avanzado de la técnica implica el uso de imágenes de microscopía electrónica y difracción de rayos X en polvo para estudiar mejor las características estructurales de las nanopartículas, permitiendo a los investigadores mejorar la correlación entre la cantidad de estaño requerida con la estructura de la red del núcleo y la concha exterior de sulfuro de cadmio.

“Los átomos están en una ubicación muy específica dentro del núcleo de nanocristales y cuando se aplica la capa alrededor del nanocristal, los átomos del caparazón pueden no coincidir perfectamente con los átomos del núcleo”, dijo Smith. “Con el material solo de germanio utilizado anteriormente, el núcleo y la carcasa no coincidían perfectamente.

“Cuando estudiamos las partículas de germanio y estaño, propusimos que funcionaban mejor porque el espaciado de los átomos coincidía mejor con el espaciado de los átomos que utilizamos en la capa de revestimiento”, dijo. “Al hacer eso, obtienes un caparazón más perfecto que es menos probable que cause cambios químicos en la superficie del núcleo de la nanopartícula”.