Un equipo dirigido por investigadores de RIKEN ha investigado cómo unos cristales especiales convierten la luz en electricidad. Sus hallazgos ayudarán a fundamentar los esfuerzos para mejorar su eficiencia, lo que podría llevar a que los cristales se utilicen en células solares. El estudio se publica en la revista Angewandte Chemie International Edition. .
Las células solares convierten la luz en electricidad mediante un fenómeno conocido como efecto fotovoltaico. La gran mayoría de las células solares constan de dos semiconductores encajados entre sí:uno con un exceso de electrones y el otro con deficiencia de electrones. Esto se debe a que la configuración tiene una alta eficiencia de conversión.
Pero también ha llamado la atención otro efecto fotovoltaico:el efecto fotovoltaico en masa, llamado así porque en él interviene un solo material. Si bien su eficiencia de conversión es actualmente bastante baja, investigaciones recientes han sugerido formas de mejorarla.
Ha habido mucho debate sobre cómo funciona el efecto fotovoltaico masivo. Originalmente se pensó que un campo eléctrico generado por polarizaciones dentro del material daba lugar al efecto, pero recientemente una nueva explicación ha ido ganando terreno.
En este nuevo mecanismo, la luz desplaza las nubes de electrones del material y estos cambios se propagan generando una corriente. Esta corriente tiene propiedades atractivas, incluida una respuesta ultrarrápida y una propagación sin disipación.
Los materiales conocidos como perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas (OIHP) tienen un gran potencial para fabricar dispositivos optoelectrónicos. El efecto fotovoltaico en masa en los OIHP se ha atribuido generalmente al antiguo mecanismo de polarización macroscópica.
"A menudo se ha considerado que los campos eléctricos incorporados en los materiales son el origen del efecto fotovoltaico masivo en los OIHP, pero sin evidencia sólida", comenta Taishi Noma del Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente.
Ahora, al estudiar en detalle el efecto fotovoltaico en masa en los cristales OIHP, Noma y sus colaboradores han encontrado evidencia que es consistente con el mecanismo de cambio y descarta el mecanismo de polarización macroscópica.
Específicamente, observaron el efecto fotovoltaico en masa a lo largo de un eje no polar en un OIHP, que no puede explicarse en términos del mecanismo de polarización macroscópica.
Los resultados del equipo resaltan la importancia de la simetría cristalina del material. Los conocimientos adquiridos ayudarán a los investigadores a optimizar las propiedades de los OIHP adaptando su simetría. En particular, los conocimientos pueden ayudar a mejorar la eficiencia de los OIHP a la hora de convertir la luz en electricidad.
Noma y su equipo ahora pretenden explorar otros tipos de materiales. "En principio, las corrientes de desplazamiento también se pueden generar en otras clases de materiales, como cristales líquidos y cristales moleculares orgánicos", afirma Noma. "Nos gustaría ampliar este estudio a otros materiales."
Más información: Taishi Noma et al, Efecto fotovoltaico a granel a lo largo del eje no polar en perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202309055
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por RIKEN
