Los fotones con energía superior a la banda prohibida del semiconductor que los absorbe dan lugar a lo que se conoce como electrones calientes. La energía extra con respecto a la banda prohibida se pierde muy rápido, ya que se convierte en calor y no contribuye al voltaje. La profesora de fotofísica y optoelectrónica de la Universidad de Groningen, Maria Antonietta Loi, ha encontrado un material en el que estos electrones calientes retienen sus altos niveles de energía durante mucho más tiempo. Esto podría permitir utilizar más energía para obtener un voltaje más alto. Sus resultados fueron publicados el 16 de enero en Comunicaciones de la naturaleza .

La eficiencia de los paneles solares se ve obstaculizada por un problema de Ricitos de oro:los fotones deben tener la cantidad justa de energía para convertirse en electrones libres, que contribuyen al voltaje. Muy poca energía y los fotones atraviesan el panel solar. Demasiado, y el exceso de energía desaparece en forma de calor. Esto se debe a la creación de electrones calientes (de alta energía). Antes de que puedan extraerse de las células solares, estos electrones calientes primero emiten su exceso de energía provocando vibraciones en el material cristalino del panel solar. "Esta pérdida de energía pone un límite a la máxima eficiencia de las células solares, "explica Loi.

Ella está trabajando en un tipo especial de célula solar que está hecha de perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas. Las perovskitas llevan el nombre de un mineral que tiene la fórmula química ABX. ₃ . En la posición X, los aniones forman un octaedro, mientras está en la posición A, los cationes forman un cubo a su alrededor, mientras que un catión central toma la posición B. Muchos materiales de la familia de las perovskitas adoptan esta estructura cristalina. Las perovskitas híbridas contienen cationes orgánicos en la posición A.

La mayoría de las células solares de perovskita híbrida contienen plomo, que es tóxico. El grupo de Loi publicó recientemente un artículo que describe una eficiencia récord del 9 por ciento en una célula solar híbrida de perovskita que contiene estaño inofensivo en lugar de plomo. "Cuando estudiamos más este material, observamos algo extraño, Continúa. Los resultados solo podrían significar que los electrones calientes producidos en las células solares de estaño tardaron unas mil veces más de lo habitual en disipar su exceso de energía.

"Los electrones calientes emitieron su energía después de varios nanosegundos en lugar de unos cientos de femtosegundos. Encontrar electrones calientes de tan larga vida es lo que todos en este campo esperan, "dice Loi. Su vida útil más larga hace posible recolectar la energía de estos electrones antes de que se convierta en calor." Esto significa que podríamos recolectar electrones con una energía más alta y así crear un voltaje más alto en la célula solar ". Los cálculos teóricos muestran que por cosechando los electrones calientes, la eficiencia máxima de las células solares híbridas de perovskita podría aumentar del 33 al 66 por ciento.

El siguiente paso es descubrir por qué la perovskita híbrida a base de estaño ralentiza la desintegración de los electrones calientes. Entonces se podrían diseñar nuevos materiales de perovskita con electrones calientes aún más lentos. "Estas perovskitas a base de estaño podrían cambiar las reglas del juego, y, en última instancia, podría hacer una gran contribución para proporcionar energía limpia y sostenible en el futuro ".