Células solares con eficiencias superiores al 20% y producidas a bajo coste:las perovskitas lo hacen posible. Ahora, Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han obtenido una visión fundamental de la función de las células solares de perovskita. Descubrieron que se pueden formar estados unidos de pares de electrones y huecos durante la absorción de luz. Todavía, estos pares se pueden separar fácilmente para que fluya la corriente. Además, mejoran la absorción. El trabajo de los científicos se informa en la revista. Letras de física aplicada .

Las perovskitas se encuentran entre los materiales más prometedores para las células solares:al usarlas, la alta eficiencia se puede combinar con una producción de bajo costo. La investigación en energía fotovoltaica se centra en las perovskitas de haluro que contienen compuestos orgánicos e inorgánicos y, por eso, se consideran semiconductores híbridos. "En menos de una década, estas perovskitas experimentaron un desarrollo sobresaliente. Mientras tanto, Las células solares de perovskita convierten más del 20% de la luz incidente directamente en corriente utilizable, "dice el Dr. Michael Hetterich, experto en energía fotovoltaica, de KIT, quien coordina la colaboración entre KIT y el Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno de Baden-Württemberg (ZSW). El vasto potencial de las perovskitas también es obvio a partir de las células solares en tándem que combinan una celda superior de perovskita semitransparente con una celda inferior de silicio o cobre-indio-galio-diselenuro (CIGS). Esto permite un uso óptimo del espectro solar.

Los desafíos de la investigación actual consisten en mejorar la estabilidad a largo plazo de las células solares de perovskita y reemplazar el plomo que contienen por elementos ambientalmente más compatibles. Esto requiere un conocimiento profundo de la estructura y función de las capas de perovskita. Investigadores del Instituto de Física Aplicada y del Instituto de Tecnología de la Luz de KIT, así como de ZSW y Ludwig-Maximilians-Universität München estudian la función de las células solares en tándem de capa fina basadas en perovskitas bajo el CISOVSKIT (desarrollo de células solares híbridas altamente eficientes de CIGS y materiales de perovskita) financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF). Y obtuvieron nuevos hallazgos relacionados con la naturaleza física de las transiciones ópticas. Esto se informa en un "Artículo destacado" de Letras de física aplicada .

Las transiciones ópticas son cambios del estado energético de los electrones en un material por emisión (liberación) o absorción (absorción) de fotones. es decir, partículas ligeras. En su tesis doctoral, Fabián Ruf, que trabaja en el grupo del profesor Heinz Kalt, EQUIPO, señala que la transición óptica fundamental en las células solares con un absorbente de yoduro de plomo de metil amonio, la perovskita de haluro clásica, es de naturaleza excitónica. Esto significa que se pueden formar excitones en las células solares después de la absorción de partículas de luz. Los excitones son pares de agujeros de electrones ligados que determinan en gran medida las propiedades optoelectrónicas. La energía de enlace de los excitones debe superarse para obtener portadores de carga libres y hacer que la corriente fluya.

Mediante espectroscopia de electroabsorción dependiente de la temperatura, Fabian Ruf estudió células solares semitransparentes con absorbentes de yoduro de plomo de metil amonio producidos por Moritz Schultes de ZSW mediante un método de química húmeda. Los resultados permiten extraer conclusiones con respecto a las transiciones excitónicas en todo el rango de temperatura estudiado, de 10 Kelvin (-263 ° C) a temperatura ambiente. Dependiendo de la estructura del cristal de perovskita que cambia con los cambios de temperatura, la energía de enlace del excitón asciende a aproximadamente 26 y 19 milielectronvoltios, respectivamente. "Por eso, la energía de enlace es lo suficientemente pequeña como para garantizar una separación térmica suficiente de los portadores de carga a temperatura ambiente, "Explica Michael Hetterich." Además, los efectos excitónicos mejoran la absorción. Ambos efectos juntos permiten un funcionamiento eficiente de la célula solar de perovskita ".