Físicos de la Universidad de Paderborn han utilizado complejas simulaciones por ordenador para desarrollar un nuevo diseño de células solares significativamente más eficientes que las disponibles anteriormente. Una fina capa de material orgánico, conocida como tetraceno, es responsable del aumento de la eficiencia. Los resultados ahora se han publicado en Physical Review Letters.
"La energía de la radiación solar anual en la Tierra asciende a más de un billón de kilovatios hora y, por lo tanto, supera en más de 5.000 veces la demanda energética mundial. La energía fotovoltaica, es decir, la generación de electricidad a partir de la luz solar, ofrece un gran potencial, aún en gran parte sin explotar, para El suministro de energía limpia y renovable, las células solares de silicio utilizadas para este fin dominan actualmente el mercado, pero tienen límites de eficiencia", explica el Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, físico y decano de la Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad de Paderborn. Una de las razones es que parte de la energía de la radiación de onda corta no se convierte en electricidad, sino en calor no deseado.
Schmidt explica:"Para aumentar la eficiencia, la célula solar de silicio puede dotarse de una capa orgánica, por ejemplo del semiconductor tetraceno. En esta capa se absorbe la luz de onda corta y se convierte en excitaciones electrónicas de alta energía, de modo que -llamados excitones. Estos excitones se descomponen en el tetraceno en dos excitaciones de baja energía. Si estas excitaciones se pueden transferir con éxito a la célula solar de silicio, se pueden convertir de manera eficiente en electricidad y aumentar el rendimiento general de energía utilizable."
Avance decisivo para una rápida transferencia de energía
El equipo de Schmidt está investigando la transferencia de excitación del tetraceno al silicio mediante complejas simulaciones por ordenador en el Centro de Computación Paralela de Paderborn (PC2), el centro de computación de alto rendimiento de la universidad. Ahora se ha logrado un avance decisivo:en un estudio conjunto con el Dr. Marvin Krenz y el Prof. Dr. Uwe Gerstmann, ambos de la Universidad de Paderborn, los científicos han demostrado que defectos especiales en forma de enlaces químicos insaturados en la interfaz entre el tetraceno La película y la célula solar aceleran drásticamente la transferencia de excitones.
Schmidt señala:"Estos defectos se producen durante la desorción del hidrógeno y provocan estados de interfaz electrónicos con energía fluctuante. Estas fluctuaciones transportan las excitaciones electrónicas del tetraceno al silicio como si fueran un ascensor".
Estos "defectos" en las células solares en realidad están asociados con pérdidas de energía. Esto hace que los resultados del trío de físicos sean aún más sorprendentes.
"En el caso de la interfaz del tetraceno de silicio, los defectos son esenciales para la rápida transferencia de energía. Los resultados de nuestras simulaciones por ordenador son realmente sorprendentes. También proporcionan indicaciones precisas para el diseño de un nuevo tipo de célula solar con una eficiencia significativamente mayor. " afirma Schmidt.
Más información: Marvin Krenz et al, Transferencia de excitones asistida por defectos a través de la interfaz Tetraceno-Si(111):H, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.076201 journals.aps.org/prl/abstract/… ysRevLett.132.076201
Proporcionado por la Universidad de Paderborn
