FV de silicio ‘turboalimentado’: científicos del MIT raspan la superficie de la fisión de excitón singlete

Un artículo publicado la semana pasada en la revista Naturedetalla cómo los científicos del MIT demostraron que un efecto conocido como fisión de excitón singlete podría aplicarse a las células solares de silicio y que las células alcancen una eficiencia de hasta el 35%.

La fisión de excitón singlete es un efecto que se observa en ciertos materiales por el cual un solo fotón (partícula de luz) puede generar dos pares de huecos de electrones al ser absorbido por una célula solar en lugar de la habitual. El efecto ya fue observado por los científicos en la década de 1970 y, aunque se ha convertido en una importante área de investigación para algunos de los principales institutos del mundo en la última década, la traslación del efecto a una célula solar viable ha resultado ser compleja.

En el artículo Sensitization of silicon by singlet exciton fission in tetracene, los científicos afirmaron ser el primer grupo en transferir el efecto de uno de los materiales “excitónicos” conocidos por mostrarlo, en este caso el tetraceno, un semiconductor orgánico de hidrocarburos, al silicio cristalino. Lo lograron colocando una capa adicional de solo unos pocos átomos de oxinitruro de hafnio entre la célula solar de silicio y la capa de tetraceno excitónico.

“Resulta que esta diminuta, diminuta tira de material en la interfaz entre estos dos sistemas terminó definiéndolo todo”, explicó el autor principal Markus Einziger, un estudiante graduado del Centro de Excitología del MIT. “Es por eso que otros investigadores no pudieron conseguir que este proceso funcionara y nosotros finalmente lo hicimos.”

Efecto puente

La capa de hafnio oxinitruro actúa como un “puente agradable”, haciendo posible que los fotones de alta energía generados en la capa de tetraceno activen la liberación de dos electrones en la célula de silicio. Los científicos reportaron que el descubrimiento vio una duplicación de la producción de energía de las partes verde y azul del espectro de luz.

Sin embargo, mientras especulan que el desarrollo podría aumentar la eficiencia de las células solares de silicio hasta un máximo de alrededor del 35% – más allá del límite teórico para el silicio solar de una sola unión – no incluyeron las eficiencias realmente logradas en sus experimentos.

Los investigadores afirmaron que, si bien su nuevo trabajo publicado proporciona el “paso crucial” de acoplar los dos materiales de manera eficiente, aún queda trabajo por hacer. “Todavía tenemos que optimizar las células de silicio para este proceso”, dijo el profesor de ingeniería eléctrica e informática del MIT Marc Baldo. “En general, las aplicaciones comerciales todavía tardarán unos años.”

La eficiencia podría ser aún mayor

Los investigadores del MIT estaban deseosos de añadir que su trabajo, que describieron como células solares de silicio “turboalimentadas”, difiere de los enfoques más comunes para aumentar la eficiencia de las células solares, que en la actualidad se centran más en los conceptos de células tándem. “Estamos añadiendo más corriente al silicio en lugar de hacer dos células”, dijo Baldo.

El equipo continuará su trabajo con los materiales, que podrían tener el potencial de lograr eficiencias para el silicio de una sola unión más allá del 35% teórico. “Sabemos que el oxinitruro de hafnio genera una carga adicional en la interfaz que reduce las pérdidas por un proceso llamado pasivación del campo eléctrico”, dijo Einziger. “Si podemos establecer un mejor control sobre este fenómeno, la eficiencia puede aumentar aún más.”