Afinar las células solares plasmónicas

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En los últimos años, la mejora plasmónica se ha utilizado en una amplia variedad de investigaciones destinadas a mejorar la eficiencia y la estabilidad térmica de las células solares de perovskita. La técnica consiste en mejorar el campo electromagnético de las células a través de nanoestructuras metálicas, lo que a su vez mejora la baja absorción óptica de los dispositivos en el espectro visible.

La semana pasada se publicaron dos nuevos estudios sobre este tema, que demuestran que el interés por el efecto plasmónico del metal no se ha debilitado en los últimos tiempos.

Nuevos avances

En las investigaciones realizadas por la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), en colaboración con el Organismo de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur (A*STAR), se han analizado los recientes avances de esta tecnología.

El grupo explicó que los plasmones superficiales son particularmente interesantes para las células de perovskita, ya que sus propiedades pueden ser afinadas controlando la forma, el tamaño y el entorno dieléctrico de las nanoestructuras metálicas. Como resultado, las células de perovskita que integran las estructuras plasmónicas pueden tener capas absorbentes más finas que no comprometen el espesor óptico, y pueden ser diseñadas como dispositivos semitransparentes.

Los científicos describieron la típica célula plasmónica de perovskita como un dispositivo hecho de una compacta capa de bloqueo de óxido de titanio (TiO2) de 20-50 nm, que está incrustada entre una capa de 100-400 nm de un material de transporte de electrones como el TiO2 mesoporoso y un sustrato de óxido conductor transparente, que a su vez está seguido por un material de transporte de huecos intercalado entre el absorbedor de perovskita y el electrodo de contacto posterior.

Los científicos también describieron cómo la inyección de electrones calientes, la captura de luz y la modulación de la dirección del flujo de energía en el acoplamiento dipolo-dipolo por el plasmónico también se utilizan en las aplicaciones de las células de perovskita. Sus hallazgos fueron presentados en el documento  Recent Advances in Plasmonic Perovskite Solar Cells, publicado en Advanced Science.

Nanopartículas bimetálicas

En otro estudio publicado esta semana en la revista Nature, “Bimetallic Implanted Plasmonic Photoanodes for TiO2 Sensitized Third Generation Solar Cells”, científicos de la Universidad Guru Nanak Dev de la India trataron de mejorar la capacidad de captación de luz del sensibilizador de TiO2 utilizado en este tipo de células, y de evitar al mismo tiempo los efectos de la recombinación.

Se incrustaron nanopartículas de oro y plata en el TiO2 con una técnica de implantación de iones. Según los investigadores, la eficiencia de las células que dependen de las nanopartículas y sus efectos ópticos y eléctricos inducidos por el plasmón mostraron una eficiencia que era 89% mayor (relativamente) que la de las células no implantadas.

Esta mayor eficiencia está determinada por la mayor capacidad de captación de luz del TiO2, que puede producir una enorme cantidad de electrones fotoexcitados, y por los efectos eléctricos plasmónicos inducidos por las nanopartículas de plata y oro incrustadas en los fotoánodos de TiO2, explicaron los investigadores.