Los cambios específicos en la composición de los semiconductores de tipo kesterita permiten mejorar su idoneidad como capas absorbentes en células solares. Como demostró un equipo del Helmholtz-Zentrum Berlin, esto es particularmente cierto para las kesteritas en las que el estaño fue reemplazado por germanio. Los científicos examinaron las muestras utilizando difracción de neutrones en BER II y otros métodos. El trabajo fue seleccionado para la portada de la revista. CrystEngComm .

Las kesteritas son compuestos semiconductores hechos de los elementos cobre, estaño, zinc, y selenio. Estos semiconductores se pueden utilizar como material absorbente óptico en células solares, pero hasta ahora solo han logrado una eficiencia máxima del 12,6 por ciento, mientras que las células solares hechas de seleniuro de cobre-indio-galio (CIGS) ya alcanzan eficiencias de más del 20 por ciento. Sin embargo, Las kesteritas se consideran alternativas interesantes a las células solares CIGS porque constan de elementos comunes, de modo que no se esperan cuellos de botella en el suministro. Un equipo dirigido por la profesora Susan Schorr en el HZB ha investigado una serie de muestras de kesterita no estequiométricas y arrojó luz sobre la relación entre la composición y las propiedades optoelectrónicas. Durante la síntesis de las muestras en el HZB, los átomos de estaño fueron reemplazados por germanio.

Difracción de neutrones en BER II

Luego, los investigadores investigaron estas muestras utilizando difracción de neutrones en BER II. Cobre, zinc, y el germanio se pueden distinguir entre sí particularmente bien con este método, y sus posiciones se pueden ubicar en la red cristalina. El resultado:las kesteritas con una composición ligeramente pobre en cobre y rica en zinc que se encuentran en las células solares con las mayores eficiencias también tienen la menor concentración de defectos puntuales, así como el menor desorden de cobre-zinc. Cuanto más se enriquecía la composición con cobre, cuanto mayor era la concentración de otros defectos puntuales que se consideraban perjudiciales para el rendimiento de las células solares. Investigaciones posteriores mostraron cómo la banda prohibida de energía, como se le conoce, depende de la composición de las muestras de polvo de kesterita.

Los efectos del germanio

"Esta banda prohibida es una característica de los semiconductores y determina qué frecuencias de los portadores de carga de liberación de luz dentro del material, "explica René Gunder, primer autor de la obra. "Ahora sabemos que el germanio aumenta la brecha de banda óptica, permitiendo que el material convierta una mayor proporción de luz solar en energía eléctrica ".

Kesteritas:Candidato a células solares y fotocatalizadores

"Estamos convencidos de que este tipo de kesteritas no solo son aptas para células solares, pero también se puede considerar para otras aplicaciones. Las kesteritas que actúan como fotocatalizadores podrían dividir el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando la luz solar. y almacenar energía solar en forma de energía química, "explica Schorr.