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Clave para convertir la luz en electricidad de manera eficiente que se encuentra en los cristales


De una forma u otra, los investigadores siempre están jugando con la luz. Desde físicos que intentan convertirla en materia hasta científicos que la almacenan como sonido, esta radiación electromagnética tiene muchas propiedades que pueden explotarse de formas creativas y muy útiles.

Ahora, un nuevo trabajo de la Universidad de Amsterdam (UA) y la Universidad de Osaka (OU) acaba de revelar un descubrimiento crucial relacionado con los cristales de perovskitas que puede ser la clave para convertir la luz en electricidad de manera eficiente. La investigación dirigida por el prof. Tom Gregorkiewicz (UA, OU) y el Prof. Yasufumi Fujiwara (OU) han descubierto que los cristales tienen fuertes propiedades de multiplicación de portadores, un hecho previamente desconocido.

Propiedades de multiplicación de portadores

Las perovskitas, descubiertas en 1839 por el mineralogista alemán Gustav Rose y nombradas en honor al mineralogista ruso Conde Lev Alekseevich Perovski, son minerales con el mismo tipo de estructura cristalina que el óxido de calcio y titanio (CaTiO3). Esta estructura se conoce como estructura de perovskita.

Los materiales tienen aplicaciones en las células solares de perovskitas que se sabe que son preferibles a las tradicionales de silicio porque pueden fabricarse con técnicas mucho más simples y económicas. Además, la eficiencia de las células solares de los dispositivos que utilizan perovskitas ha aumentado significativamente en los últimos años (3.8% en 2009 a 22.7% a finales de 2017 en arquitecturas de unión única).

Con el potencial de ofrecer una eficiencia muy alta combinada con bajos costos de producción, estas células de perovskitas se consideran la tecnología solar de más rápido avance hasta la fecha. Sus deseables propiedades electrónicas también los han visto ser útiles en la construcción de LED, pantallas de TV e incluso láseres.

El límite Shockley-Queisser

A pesar de haber sido estudiado ampliamente en el último año por los físicos, los investigadores aún tenían que descubrir esta impresionante capacidad de multiplicación de portadores. Ahora, la revelación seguramente hará que se revise el límite Shockley-Queisser.

Este límite, también conocido como límite de equilibrio detallado, se refiere a la máxima eficiencia teórica de una célula solar (es decir, su capacidad para convertir la luz en energía eléctrica). En las células solares ordinarias, se encuentra a lo sumo un poco de 30%.

Sin embargo, en materiales que muestran el efecto de multiplicación de portadores, ese límite ya ha sido superado, con eficiencias de hasta 44% alcanzado. La pregunta ahora es, ¿qué podrían lograr las perovskitas?

Hasta ahora, los estudios de espectroscopía realizados por los investigadores en nanocristales de perovskita hechos de cesio, plomo y yodo han demostrado que la "eficiencia de este efecto es mayor que la reportada hasta ahora para cualquier otro material". Estos estudios contaron con el apoyo adicional de los científicos de materiales Chris de Weerd y Leyre Gomez de Optoelectronic Materials, así como del personal del Instituto Nacional AIST en Tsukuba y la Universidad Técnica de Delft.

De Weerd, quien defendió con éxito su Ph.D. tesis sobre esta y otras investigaciones, cree que el descubrimiento abrirá nuevas puertas para los cristales. "Hasta ahora, no se había informado sobre la multiplicación de portadores de perovskitas", dijo De Weerd en un comunicado.

"Que ahora lo hayamos encontrado tiene un gran impacto fundamental en este próximo material. Por ejemplo, esto muestra que las perovskitas se pueden usar para construir fotodetectores muy eficientes, y en el futuro quizás células solares", agregó.

El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.


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