Aprovechar la energía de la luz solar puede ser tan simple como ajustar las propiedades ópticas y electrónicas de los óxidos metálicos a nivel atómico haciendo un 'sándwich' de cristal artificial o superrejilla, dice un investigador de la Universidad de Binghamton en un nuevo estudio publicado en la revista. Revisión física B .

"Los óxidos metálicos son baratos, abundante y 'verde, '"dijo Louis Piper, profesor asistente de física en la Universidad de Binghamton. "Y como demostró el estudio, bastante versátil. Con el toque correcto los óxidos metálicos se pueden adaptar para satisfacer todo tipo de necesidades, lo que es una buena noticia para las aplicaciones tecnológicas, específicamente en generación de energía y pantallas planas ".

Así es como funciona:los semiconductores son una clase importante de materiales entre los metales y los aislantes. Se definen por el tamaño de su banda prohibida, que representa la energía requerida para excitar un electrón de la capa ocupada a una capa desocupada donde puede conducir electricidad. La luz visible cubre un rango de 1 (infrarrojo) a 3 (ultravioleta) electronvoltios. Para conductores transparentes, se requiere una gran banda prohibida, mientras que para la fotosíntesis artificial, se necesita una banda prohibida correspondiente a la luz verde. Los óxidos metálicos proporcionan un medio para adaptar la banda prohibida.

Pero mientras que los óxidos metálicos son muy buenos para la conducción de electrones, son conductores de "huecos" muy deficientes. Los agujeros se refieren a la ausencia de electrones, y puede realizar una carga positiva. Para maximizar su potencial tecnológico, especialmente para fotosíntesis artificial y electrónica invisible, Se requieren óxidos metálicos conductores de agujeros.

Sabiendo esto Piper ha comenzado a estudiar sistemas de óxidos metálicos en capas, que se pueden combinar para 'dopar' selectivamente (reemplazar una pequeña cantidad de un tipo de átomo en el material), o 'sintonizar' (controlar el tamaño de la banda prohibida). Un trabajo reciente reveló que una superrejilla de óxidos de cobre conductores de dos agujeros podría cubrir todo el espectro solar. El objetivo es mejorar el rendimiento utilizando alternativas de metal económicas y respetuosas con el medio ambiente.

Por ejemplo, El óxido de indio es uno de los óxidos más utilizados en la producción de revestimientos para pantallas planas y células solares. Puede conducir electrones muy bien y es transparente. Pero también es raro y muy caro. La investigación actual de Piper tiene como objetivo el uso de capas de óxido de estaño mucho más baratas para obtener la conducción de electrones y huecos con transparencia óptica.

Pero según Piper, su investigación muestra que un guante no sirve para todos los propósitos.

"Va a ser un caso de trabajo de detective serio, ", dijo Piper." Estamos trabajando en un mundo donde la física y la química se superponen. Y hemos llegado al límite teórico de nuestros cálculos y procesos fundamentales. Ahora necesitamos auditar esos cálculos y ver dónde nos faltan cosas. Creo que encontraremos esas piezas faltantes jugando con óxidos metálicos ".

Reforzando las "piezas buenas" de los óxidos metálicos y restando importancia a los puntos ásperos, Piper está convencido de que el desarrollo de nuevos y emocionantes tipos de óxidos metálicos que se pueden adaptar para aplicaciones específicas está a nuestro alcance.

"Estamos hablando de almacenamiento de batería, celdas de combustible, tecnología de pantalla táctil y todo tipo de interruptores de computadora, ", dijo Piper." Estamos en medio de una fiebre del oro muy importante y es muy emocionante ser parte de esa carrera para hacernos ricos. Pero primero tenemos que averiguar qué es lo que no sabemos antes de que podamos averiguar qué hacemos. Una cosa es segura:los óxidos metálicos son la clave. Y creo que en la Universidad de Binghamton podemos contribuir a estos esfuerzos haciendo buena ciencia y adoptando un enfoque moralmente consciente ".