Células solares de puntos cuánticos sin plomo con un 10% de eficiencia

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Un equipo de investigación del Laboratorio Nacional de Los Álamos en los Estados Unidos afirma haber desarrollado una célula solar de puntos cuánticos sin plomo u otros elementos tóxicos que logra eficiencias de conversión que van del 9% al 10%.

Los científicos incorporaron puntos cuánticos de semiconductores coloidales dopados con zinc en una película de titanio altamente porosa, incrustada como electrodo recolector de carga en una célula solar de cobre, indio y selenio (CEI).

Los puntos cuánticos son capaces de recoger los fotones solares incidentes y liberar electrones estrechamente ligados en una banda de conducción de alta movilidad. “Estos electrones se transfirieron luego al electrodo de titanio que finalmente produjo una fotocorriente”, explicaron los académicos.

Aunque se detectaron algunas imperfecciones en la compleja estructura de los puntos cuánticos, estas tuvieron poco efecto en el rendimiento del dispositivo, según los investigadores. “A pesar de su profunda influencia en la dinámica de la fotoluminiscencia, las modificaciones de la superficie tienen sorprendentemente poco efecto en el rendimiento fotovoltaico, lo que sugiere que los defectos intragásicos no impiden, sino que en realidad ayudan al proceso de fotoconversión”, dijo el grupo.

También explicó que se detectaron 85 electrones fotogenerados por cada 100 fotones absorbidos, lo que significa que la eficiencia de conversión de fotones a electrones fue del 85%. “Las altas eficiencias de fotoconversión, combinadas con la notable tolerancia a los defectos y la composición libre de elementos tóxicos, hacen que estos puntos cuánticos sean materiales muy prometedores para la implementación de células solares baratas, fácilmente escalables y potencialmente desechables”, afirmaron los científicos.

Los puntos cuánticos -nanopartículas de material semiconductor capaces de llevar una carga- han sido investigados por su potencial de célula solar en diversos materiales durante al menos una década y han hecho progresos impresionantes desde la primera eficiencia de célula reportada para la tecnología -2,7% en 2010.

En marzo, investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), en Corea del Sur, crearon un dispositivo fotovoltaico en tándem de serie híbrida orgánica con una eficiencia del 12,82%, que combina puntos cuánticos y materiales fotoactivos de heterounión de masa orgánica (BHJ). Afirmaron que esta tasa de eficiencia es la más alta entre las células de puntos cuánticos coloidales reportadas, incluyendo los dispositivos de unión simple y los dispositivos en tándem.

Un mes antes, científicos de la Universidad de Queensland de Australia lograron una eficiencia del 16,6% al sintetizar una célula solar de puntos cuánticos a partir de perovskita de haluro. El NREL estableció el récord anterior de eficiencia de la célula de punto cuántico en 2017 en un 13,4%, trabajando con una composición similar de perovskita de haluro de plomo.