La introducción de materiales de conversión de luz en dispositivos fotovoltaicos basados en silicio es una forma eficaz de mejorar su eficiencia de conversión fotoeléctrica. Los materiales de conversión de luz incluyen materiales de corte cuántico y materiales de conversión ascendente.
El propósito de introducir materiales de corte cuántico es dividir un fotón de longitud de onda corta en dos o más fotones que puedan unirse a la conversión fotoeléctrica en dispositivos fotovoltaicos basados en silicio. La introducción de materiales de conversión ascendente se realiza para combinar dos o más fotones infrarrojos en un fotón que también se puede utilizar para la conversión fotoeléctrica en dispositivos fotovoltaicos basados en silicio.
La introducción de materiales de conversión de luz puede mejorar la eficiencia de la conversión fotoeléctrica sin cambiar el rendimiento de las propias células solares basadas en silicio. Este método puede reducir en gran medida la dificultad técnica de mejorar la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos basados en silicio. Además, los dispositivos fotovoltaicos basados en silicio están expuestos a la luz solar, por lo que es necesario gestionar su temperatura. Para controlar esta temperatura es necesario medirla con antelación.
Sin embargo, es posible que si se introducen simultáneamente tres materiales que pueden lograr individualmente corte cuántico, conversión ascendente y detección de temperatura en células solares basadas en silicio, se produzcan dificultades en el diseño de la estructura de las células solares y un aumento innecesario en los costos del producto. Por lo tanto, encontrar y desarrollar materiales de alto rendimiento que combinen las tres funciones anteriores es un desafío.
En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad Marítima de Dalian informan que han logrado una división de fotografías altamente eficiente, una emisión de conversión ascendente de infrarrojos casi puro y una detección de temperatura adecuada para la gestión térmica en células solares basadas en silicio ajustando las concentraciones de dopaje de Er 3+ y Yb 3+ en NaY(WO4 )2 fósforo.
El trabajo revela que este material todo en uno es un excelente candidato para su aplicación en células solares basadas en silicio para mejorar su eficiencia de conversión fotoeléctrica y mejorar su gestión del calor.
Una comprensión profunda del mecanismo de corte cuántico es importante para diseñar y evaluar los materiales de corte cuántico. Sin embargo, en muchos casos los procesos de corte cuántico son complicados. En este trabajo, los autores descifraron cuidadosamente los pasos de división de fotografías en Er 3+ /Yb 3+ NaY co-dopado(WO4 )2 para ayudar a la espectroscopia y la dinámica de fluorescencia dependientes de la concentración de dopaje.
El equipo afirma:"Con base en los análisis espectroscópicos ópticos, se descubrió el mecanismo de corte cuántico y el proceso de división de fotones incluye procesos de transferencia de energía de dos pasos, a saber, 4 S3/2 + 2 F7/2 4 Yo11/2 + 2 F5/2 y 4 Yo11/2 + 2 F7/2 4 Yo15/2 + 2 F5/2 ."
La eficiencia del corte cuántico se puede confirmar experimental y teóricamente. En el caso ideal, la eficiencia de corte cuántica medida también se define como eficiencia cuántica interna, pero es diferente de la definición tradicional de eficiencia cuántica interna. La técnica de medición de las eficiencias cuánticas todavía no es satisfactoria, ya que los resultados de las mediciones se complican por demasiados factores incontrolables.
Por lo tanto, la eficiencia teórica del corte cuántico interno se vuelve significativa. Los autores afirman:"El mecanismo de corte cuántico fue descubierto mediante análisis espectroscópicos ópticos, y las eficiencias de corte cuántico se calcularon con ayuda de la teoría de Judd-Ofelt, la teoría de Föster-Dexter y la ley de la brecha de energía". Los autores estimaron las eficiencias de corte cuántico interno para NaY(WO4 )2 :Er 3+ /Yb 3+ teniendo en cuenta las transiciones radiativas, las transiciones no radiativas y las transferencias de energía, y logró una eficiencia de hasta el 173 %.
Otro punto importante de este trabajo es que los investigadores lograron una emisión casi pura en el infrarrojo cercano de Yb 3+ . .
El equipo observa:"Estos mecanismos de conversión ascendente nos dicen que tanto Er 3+ y Er 3+ /Yb 3+ dopado NaY(WO4 )2 Los fósforos exhiben fuertes emisiones en el infrarrojo cercano de 4 Yo11/2 4 Yo15/2 de Er 3+ y 2 F5/2 2 F7/2 de Yb 3+ eso indica que los fósforos estudiados son buenos candidatos para la conversión de luz para aplicaciones de células solares basadas en silicio".
Más información: Duan Gao et al, Emisiones de infrarrojo cercano procedentes de corte cuántico de alta eficiencia (173 %) y conversión ascendente de color casi puro en NaY(WO4)2:Er3+/Yb3+ con capacidad de gestión térmica para células solares basadas en silicio, Light :Ciencia y aplicaciones (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01365-2
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
