Investigadores de Estados Unidos logran avances para las células solares basadas en grafeno

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Investigadores de la Universidad de Kansas descubrieron un método para aumentar la vida útil de los portadores del grafeno, un desarrollo que según la Universidad podría conducir al desarrollo de células solares ultradelgadas y flexibles que usan grafeno.

El grafeno puede transportar una carga mucho más rápido que la mayoría de los demás materiales, lo que lo convertiría en un excelente material de célula solar. Sin embargo, se caracteriza por que su vida útil es extremadamente corta, lo que significa que los electrones excitados por la luz solar solo permanecen móviles durante un picosegundo (una millonésima de una millonésima de segundo).

Para superar este problema, los investigadores analizaron los métodos para suprimir la recombinación de los electrones y mantenerlos móviles el tiempo suficiente para crear una carga. El método que utilizaron, descrito en el artículo “Unipolar optical doping and extended photocarrier lifetime in graphene by band alignment engineering” publicado en la revista Nano Futures, conecta una capa de grafeno con otras dos capas de material atómico: disulfuro de molibdeno (MoSe2) y disulfuro de tungsteno (WS2).

Combinando los materiales de esta manera, los investigadores pudieron aumentar la vida útil del material del portador de 1 a alrededor de 400 picosegundos. Su experimento usó un pulso de láser de 0,1 picosegundos para “excitar” algunos electrones en la capa de disulfuro de molibdeno, y controlarlos usando un segundo pulso de láser.

El autor del artículo, Hui Zhao, usa la analogía de un aula llena de estudiantes para explicar el avance. “Podemos pensar en las capas de MoSe2 y grafeno como dos aulas llenas de estudiantes sentados, mientras que la capa intermedia de WS2 actúa como un pasillo que separa las dos habitaciones”, explica.

“Cuando la luz golpea la muestra, algunos de los electrones en MoSe2 se liberan. Se les permite cruzar el pasillo de la capa WS2 para entrar en la otra habitación, que es el grafeno. Sin embargo, el pasillo está cuidadosamente diseñado para que los electrones dejen sus asientos en MoSe2. Una vez en el grafeno, no tienen más remedio que mantenerse en movimiento y, por lo tanto, contribuir a las corrientes eléctricas, porque sus asientos ya no están disponibles para ellos “.

Los investigadores ahora planean experimentar con diferentes capas de materiales en combinación con el grafeno para obtener un mejor control sobre la vida de los electrones.

Investigadores de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia también hicieron un descubrimiento recientemente usando MoSe2 y compuestos similares, conocidos como materiales de Van der Waals, y continúa investigando para obtener un mejor control sobre la excitación de electrones.