Un grupo internacional de científicos, incluidos algunos de la Universidad ITMO, ha propuesto un método que permite aumentar significativamente la eficiencia de las células solares y los diodos emisores de luz. Los científicos lograron lograr este resultado aumentando las capas auxiliares de los dispositivos responsables del transporte de electrones en lugar de trabajar con la capa activa principal. El trabajo ha sido publicado en la revista Materiales funcionales avanzados .

La lucha por preservar el medio ambiente y las fuertes fluctuaciones en los precios del petróleo y el gas llevan al hecho de que los inversores miran cada vez más hacia las energías renovables. Es por eso que científicos de diferentes países están trabajando activamente para que el proceso de generación de energía a partir de fuentes renovables sea lo más eficiente posible. Por ejemplo, Actualmente se está trabajando para aumentar la eficiencia de las células solares, una de las fuentes de energía verde más populares del mundo.

Típicamente, los científicos trabajan con la capa activa de las células, que es responsable de absorber la energía luminosa:están hechos de silicio, arseniuro de galio, perovskita y otros materiales. Pero la eficiencia El costo y la durabilidad de una celda solar dependen no solo de la capa activa sino también de las auxiliares. Aumentar su eficiencia y al mismo tiempo disminuir los costos de producción puede permitirnos impulsar las ventajas competitivas de un dispositivo.

Las capas auxiliares de una célula solar pueden ser del tipo de transporte de electrones o de transporte de huecos. Cuando la luz del sol alcanza la capa activa, pares de electrones y huecos de electrones, en otras palabras, una carga negativa y una positiva, se forman en ella. Después, necesitan ser llevados a sus electrodos correspondientes. Y aquí es donde entran las capas auxiliares:la de transporte de electrones se encarga de extraer y transferir la carga negativa de la capa activa, mientras que la capa de transporte de huecos realiza las mismas operaciones con la positiva. Un grupo internacional de científicos, incluidos los de la Universidad ITMO, ha propuesto un nuevo método para la creación de capas auxiliares para células solares y diodos emisores de luz a base de perovskita. Utilizaron puntos de carbono, un material ecológico y relativamente barato que se puede obtener fácilmente tanto en condiciones industriales como de laboratorio.

"Los puntos de carbono son nanopartículas de carbono con un diámetro de dos a diez nanómetros, "explica Aleksandr Litvin, investigador asociado senior de la Universidad ITMO y coautor de la investigación. “Su superficie siempre contiene varios grupos funcionales que determinan en gran medida las propiedades de este material. La aplicación de puntos de carbono en baterías solares no es algo nuevo, lo importante es la modificación de su superficie mediante el trabajo con los grupos funcionales. Una proporción diferente de estos grupos en la superficie determina la configuración electrónica de los puntos de carbono. Como consecuencia, adaptar esto nos permite obtener los valores óptimos de las funciones de trabajo de los electrodos y los niveles de energía de las capas de transporte sobre las que se aplican. Esto permite obtener una configuración óptima con la máxima eficiencia. Este enfoque es universal para diferentes tipos de dispositivos, que por primera vez ha permitido el uso de puntos de carbono para aumentar la eficiencia operativa de los diodos emisores de luz ".

Obtenido de esta manera, el material se puede utilizar no solo para células solares sino también para las capas auxiliares de diodos emisores de luz. Estos últimos tienen una estructura muy similar, pero el proceso allí se invierte:los electrones y los huecos no tienen que ser eliminados de la capa activa pero, en lugar de, inyectados en él para crear pares de electrones y huecos cuya recombinación en la capa activa asegurará la luminiscencia. En ambos casos, Los colegas internacionales de científicos de la Universidad ITMO obtuvieron un aumento significativo en la eficiencia de los dispositivos creados con el uso de capas auxiliares hechas de los puntos de carbono.

"Se han creado dispositivos, y sus propiedades han sido probadas, ", concluye Aleksandr Litvin." En el caso de las células solares basadas en perovskita, logramos obtener un incremento en la eficiencia de 17.3% a 19.5%, es decir, en casi un 13%. En el caso de diodos emisores de luz, dependiendo del material de la capa de emisión, la eficiencia cuántica externa (la relación entre el número de fotones emitidos por un LED y el número de electrones inyectados en él) aumentó de 2,1 a 2,7 veces ".