Los nanoribbones de fósforo y arsénico pueden mejorar el rendimiento de las células solares

Investigadores británicos han creado un nuevo material que supuestamente tiene el potencial de mejorar el flujo de carga a través de las células solares y aumentar su eficiencia. El material consiste en fósforo aleado con arsénico.

“El estudio demuestra que la aleación es una poderosa herramienta para controlar las propiedades y, por tanto, las aplicaciones y el potencial de esta creciente familia de nanomateriales”, afirma el investigador Adam Clancy.

La creación de nanoribbones de aleación de arsénico y fósforo (AsPNR) se remonta a trabajos anteriores del grupo. En 2019, los investigadores descubrieron los nanoribbones de fósforo.

“Sin embargo, los materiales que solo contienen fósforo no conducen muy bien la electricidad, lo que obstaculiza su uso para ciertas aplicaciones”, afirmaron.

Para abordar este problema, el equipo de investigación aleó el fósforo con su elemento vecino, el arsénico. Iniciaron el proceso utilizando una aleación de fósforo arsénico negro (bAsP) disponible en el mercado. Al sumergir esta aleación en una solución de electruro de litio y amoníaco, se formaron compuestos que contenían fósforo con precursores de arsénico, comúnmente denominados bAsP, junto con litio.

Tras este proceso, los académicos dispersaron los compuestos en disolventes amídicos y crearon los AsPNR. A continuación, analizaron las propiedades de los AsPNR y descubrieron que presentaban altas movilidades de huecos. Como los huecos son los compañeros opuestos de los electrones en el transporte eléctrico, su mejora ayuda a que la corriente eléctrica se mueva con más eficacia.

Los investigadores han especificado además que los AsPNR alcanzan el estado de alta conductividad eléctrica por encima de 130 kelvin. Además de las elevadas movilidades de huecos, su conductividad se debe también a un pequeño bandgap energético de sólo 0,035 eV y a su naturaleza paramagnética.

“Los AsPNR pueden utilizarse en aplicaciones en las que la baja conductividad eléctrica de los nanoribbones de fosforeno cuasi-1D dificulta su aplicación, como los electrodos de almacenamiento de energía”, concluyen los científicos. “Además, su pequeño hueco de banda, su magnetismo y su elevada movilidad de huecos los convierten en candidatos ideales para la próxima generación de detectores del infrarrojo cercano, la computación cuántica y las capas de portadores de carga en células solares”.

Describieron sus hallazgos en “Production of Magnetic Arsenic-Phosphorus Alloy Nanoribbons with Small Band Gaps and High Hole Conductivities” (Producción de nanoribbones magnéticos de aleación de arsénico y fósforo con pequeñas separaciones de banda y alta conductividad de los agujeros), publicado recientemente en la revista Journal of the American Chemical Society. El grupo de investigación está formado por científicos del University College de Londres, la Universidad de Cambridge, la Universidad Queen Mary de Londres y la Universidad de Bristol.